1.材料液固结构演变与成型技术
       材料液固结构演变与成形技术研究方向是我国最早设立材料热加工的学科之一，该方向以材料液态结构研究为基础，探索材料液固相关性与结构演变机理，开辟了过热液体脆性研究领域，建立了液固相关性模型，发现了金属液体诱导形核现象，在耐热耐磨高强材料、铝合金晶种合金、合金熔体精炼技术等方面取得多项创新成果，引领了我国材料液固结构及其遗传性的研究方向。研发了材料控形控构控性一体化成形技术，创立了精密锻造成形技术，实现了产业化，引领了我国精密锻造技术发展；创新发展了白口铸铁轧辊焊补技术、双熔覆极电弧焊接技术、难焊脆性材料焊接技术等，取得了多项创新成果，获得产业化应用。本研究方向先后获得国家科技成果奖励24项，为国家经济发展和国防建设做出了重要贡献。
2.快速热循环高光注塑精密成型技术
       本项目自主研发了快速热循环注塑新技术，发明了快速热循环注塑动态模温控制原理和方法，自主开发了模具温度控制软件，发明了不同介质和不同控制方式的快速热循环注塑模具温度控制系统。建立了快速热循环大型精密注塑模具结构、加热冷却管道布局等设计方法，发明了一种"冷间隙"快速热循环注塑模具结构形式及其设计方法，有效控制了模具热变形与热疲劳，提高了模具寿命。开发了快速热循环精密模具制造技术、高精度检测技术，研发了适用于快速热循环模具的表面镜面抛光技术，研制了系列大型高光精密注塑模具。优化了快速热循环注塑工艺，确定了保证产品质量的快速热循环注塑工艺参数，建立了注塑过程加热-保温-冷却时间曲线及其控制方法，塑件成品率提高到93%以上。
       塑件生产流程由实施前四道工序减为实施后一道工序，取消了污染严重的打磨、喷涂、罩光工序，实现了短流程生产、节能环保，成本降低20%左右。实现废气减排率达99.96%，污染物总量减排达79.52%。
       注册软件1种，备案企业标准1项，获授权发明专利2项、实用新型专利7项，发表国内外论文30余篇。
       该成果在日本、韩国、土耳其、中国等14个国家获得应用，在国内的海信集团、苏州胜利、江苏乙晟、山东松下等获得应用，建成生产线近30条，形成了年产800余万件高光塑件和200余套高光模具的生产能力，每年研制生产300余套大型精密高光注塑模具，并向日本、韩国、土耳其等出口，取得了显著的经济与社会效益。
       本成果实现了注塑工艺与产品的绿色化，对于降低注塑行业环境污染和资源消耗，推动我国注塑行业和模具技术进步、创新能力和产品竞争力的提升，具有重要意义。本成果获2009年度山东省科技进步一等奖和2010年度国家科技进步二等奖。
3.高速列车车体铝型材加工成型技术
       本项目研制出2×××、5×××、6×××、7×××系20余种高性能铝合金材料，形成了高速列车车体用铝合金材料体系。开发了三级熔体净化技术和晶粒细化技术，优化了大规格铸锭铸造工艺参数，研发了大规格铸锭的两级均匀化处理工艺，研制出直径达582mm的7×××系硬质铝合金挤压用铸锭。揭示了挤压变形机理及工艺和模具参数对材料流动行为的影响规律，建立了以型材截面流速均方差、挤压温度、挤压力、模具受力与变形最小的模具多目标优化模型及方法，实现了模具结构优化设计，研制出系列大型精密挤压模具，试模次数≤5次，模具寿命≥35t/套。解决了锭坯梯度感应加热、模具氮气冷却、挤压速度调控、温度在线测控等难题，实现了等温挤压；研发了风雾联合精密在线淬火、数字控制拉伸矫直、多辊组合柔性校正等专用设备和技术，建立了铝型材多级时效处理工艺规范，大规格复杂截面铝型材成品率≥62%，高于国际同类技术水平。
       本项目型材低倍组织无缩尾、夹杂、裂纹等缺陷，表面质量优异；尺寸及形状公差精度、力学性能均超过日本及欧洲同类产品水平，型材定尺长度可达25m，最大宽度938mm，最小壁厚1.5mm，同一型材最大壁厚比达5；380km/h高速列车、500km/h高速试验列车底板、侧墙、顶棚装配后尺寸公差带均小于5mm。
       先后为数百列350km/h和380km/h高速列车、1列500km/h高速试验列车研制提供了全部车体型材，开发的500km/h车体型材填补了国内空白，为我国研制更高速度列车车体及型材积累了重要数据；为南车四方、南车浦镇、长春客车等提供了北京机场线、上海/广州/苏州/杭州地铁线、穗莞深等城轨项目用数百列地铁轻轨列车车体型材；研制出半挂载重汽车和船舶用铝型材并获广泛应用；研制出鱼雷发射管管架等军工用高性能铝型材；为西门子、阿尔斯通、庞巴迪、韩国DU等研制了系列高性能大规格复杂铝型材。
       本项目建立了高性能大规格复杂截面铝型材挤压成形制造工艺与装备技术体系，研制出了系列高性能铝型材产品，有力支撑了我国高铁及相关产业的快速发展。本成果获2014年度山东省科技进步一等奖和2015年度国家科技进步二等奖。
4.特种高分子及复合材料
       在碳纤维制备方面突破了原丝结构控制、预氧化、碳化等关键技术，建立了复材结构-缺陷-性能之间的定量关系模型，形成超高强度碳纤维制备技术包，成功应用于大飞机、高分辨等国家重大专项材料损伤预测与修补技术开发等；研发的碳纤维芯棒输电线缆已累计挂缆1.8万余公里，研发的碳纤维抽油杆成功应用于胜利、克拉玛依等油田，为我国高压输变电及石油开采技术的升级提供了保障。研制的中氟硅橡胶成功应用于大飞机燃油与液压系统密封件，开发的甲基苯基硅橡胶材料应用于我国“天宫”密封结构、某型直升机旋翼系统、某重大装备减震泡沫制品等，实现了关键原材料的自主保障。建立了飞行器典型结构件的金属裂纹和复合材料结构分层等典型损伤形式，构建了基于光纤布拉格光栅的传感网络，解决了飞行器典型结构件健康状态数据的采集、分析和处理的技术难题，实现了飞行器典型结构件典型损伤监测、位置识别和程度评估，研制的星载复合测量系统正样产品已交付，并进入整星组装和试验卫星搭载测试阶段，该系统是光纤传感技术国内首次搭载在轨应用，填补了国内空白。本研究方向先后获得国家科技成果奖励5项。
5.新能源材料与技术
       研发了下一代高能量密度锂离子电池的石墨烯／纳米硅复合负极材料，在石墨烯微纳复合包覆的硅基锂离子电池负极材料的结构设计、石墨烯与硅的材料耦合机制、新型石墨烯/硅复合负极的电极动力学等方面取得了重要进展，开发出的石墨烯/纳米硅复合电极材料制备工艺简单，成本低廉，其比容量高、倍率性能优异、库伦效率佳和循环性能良好；在固态硫化物锂离子电池电解质、金属锂电极、锂空电池等纳米储能材料研究方面取得了实质性突破。首次将具有高光敏性的卤化银引入光催化，将其同贵金属银纳米颗粒复合，提出并制备了卤化银基表面等离子体光催化材料，拓展了光催化材料的可见光吸收范围，引领了光催化领域的研究方向，开辟了表面等离子体光催化研究的新领域。