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复合材料是一种多相形成的非均匀性材料。在微纳米尺度下，复合材料各相的原位力学性能与增强相/基体之间的界面力学性能决定着材料的整个宏观力学性能。在实际的工程应用中，界面滑移和断裂现象经常会发生。因此，各组分的原位力学性能和界面的力学性能的研究对改善复合材料的制造工艺和工程应用技术具有重要的指导作用。由于复合材料的增强相和界面尺寸比较小，应用传统的宏观测试技术难以实现。而纳米压痕技术是一种测试微纳米尺度非均匀材料原位力学性能的有效方法。在微纳米尺度下，纳米压痕仪可以精确地测试复合材料原位的微纳米力学性能。近年来，很多研究者应用此项技术研究复合材料的力学性能。当前，对复合材料微纳米力学性能的研究，尤其是对复合材料界面的力学性能研究既是一个热点，也是一个难点。本论文应用先进的纳米压痕技术，研究碳纤维增强复合材料的微纳米力学性能。其主要包括以下几个方面的内容：（1）碳纤维增强复合材料各组分原位力学性能的研究。研究该复合材料的非在位力学性能，分析其复合后其各组分力学性能的变化以及导致此变化的原因，进一步研究发现试样研磨产生的表面残余应力和复合后两相组分的相互作用是导致差异的主要原因。（2）碳纤维增强复合材料界面力学性能的有效表征，包括对碳纤维复合材料界面测试装置的开发、相关的界面剪切性能测试技术的研究。研究发现当复合材料薄片厚度为3μ是实现单根纤维压出实验的最佳厚度，且实验得到单根纤维与基体发生脱粘的载荷力和深度为90~100mN和2μm，计算得到界面的剪切强度为137MPa~152MPa。（3）碳纤维增强复合材料各相组分蠕变性能的测试。研究了在不同加载速率下同相组分的蠕变响应，发现同一相组分的蠕变性能不受加载速率的影响。同时研究了在相同的加载速率下各相组分蠕变性能的差异；并对界面过渡区的蠕变性能变化趋势进行了研究，实验结果发现界面区的蠕变性能具有分散性。进一步分析表明：这种分散性一方面是由于材料制备中界面相的非均匀性导致的；另一个原因是界面受到周围碳纤维相和树脂相的影响程度不同。本文研究内容对系统理解复合材料的增强机理具有重要作用，对于有效性能的理论预测提供了有效的原位力学参数。本文工作由国家自然科学基金项目（10872011，11172012）、教育部博士点基金（20101103110005）和北京市自然科学基金项目（3092006）资助。