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实验室总体定位为应用基础研究，以材料液/固态结构及其对微观组织和性能的遗传性影响为研究重点，以新材料开发应用为主要目标。
材料的性能取决于其固态组织结构，而固态组织结构与液态结构密切相关。美、日、德、英等发达国家非常重视液态结构研究，并设有专门研究机构；俄罗斯对材料遗传性的研究特别重视，现已将相关研究成果用于生产。但是国外材料液态结构研究机构主要在物理界，重点是液态物质的原子输运、物理性质等基础研究。国内尚无同类专门研究机构。与国内外相比，本实验室液态结构研究手段齐全，特色鲜明；学科交叉性突出，不仅积累了重要的材料液体结构参数，而且利用这些成果开发了系列新材料，解决了许多工业生产中的难题，在国际上有重要影响。
本室主要研究方向有：
1) 金属液态结构及其遗传性。主要研究金属液态结构、焊接熔池区物理传输、液固相关性和金属新材料新工艺。
2) 陶瓷材料的液固态结构及其应用。主要研究陶瓷及其复合材料粉体的液相和固相合成、粉体与烧结体组织遗传关系、熔体结构与玻璃相的形成、液相烧结以及其它制备工艺。
3) 聚合物及其复合材料的液态结构。主要研究聚合物复合材料的液相合成、注射和浸渍，聚合物熔体对碳纤维原丝及碳纤维制备过程的影响。
代表性研究成果简介
1 金属熔体团簇结构及其遗传性研究
研究成果在铝基合金熔体中发现存在中程有序结构，提出了中程有序结构具有遗传性的理论，并利用分子动力学方法模拟了熔体中程有序结构的微观结构演化规律及其结构遗传性。利用结构测试、物性研究、模拟计算相结合的方法，揭示了合金组织变质的熔体原子结构本质，发现Al-Sn熔体的原子最近邻距离与温度的变化呈非线性关系，液态Al-Fe合金的结构与其相图之间存在切关系，找到了液态和固态结构之间的内在联系，从而揭示了合金变质的本质，并建立了结构与物性的内在联系。发现Pb-Sb、Al-Si等合金熔体在热速处理过程中结构有突变，并证明在突变区原子密度及配位数发生了突变，充分说明了热速处理带来的熔体结构的变化对凝固组织产生的重要影响。根据合金高温熔体结构的研究结果，结合分子动力学模拟技术，编写了相关的结构分析软件，成功地应用于体系的快速冷却与加热，得出非晶不是液态的简单冻结的结论，并揭示了液态与非晶态的联系与区别。
出版《金属熔体结构》专著一部，发表相关论文200余篇，SCI他引521次，中国科学引文数据库(CSCD)他引342次。利用金属熔体结构研究成果开发的AlTiB中间合金不仅取代进口，而且还出口创汇，其经济和社会效应显著。利用液态金属凝固时的液固相关性和结构遗传性理论，研制发明的铝合金铁相球化剂使铝合金中的片状铁相全部变为球状。
研究成果获得2002年教育部自然科学一等奖。
2 金属间化合物／陶瓷复合材料
金属间化合物既具有金属键又有共价键，其使用温度介于金属和陶瓷之间，如果将其与陶瓷进行复合，有可能获得既有一定强韧性又有较高使用温度的材料。但是金属间化合物具有环境氢脆，物理、化学性质与陶瓷有差异，这就需要从理论和制备技术上认真研究解决途径。
本研究成果主要对金属间化合物/陶瓷基复合材料的设计理论、强韧化机制和承载条件下材料的声像特征等方面进行了系统的理论研究。主要内容之一是设计一种全新的材料体系，同时从键合特征这一角度和层次去理解复合材料的电子结构以及一些重要的性能，并通过增强相与基体相相互包覆找到了克服某些金属间化合物环境氢脆的方法。主要内容之二是利用声像技术深入揭示了该复合材料承载条件下材料裂纹的孕育、萌生、扩展与失效全过程，对比研究了金属、高分子材料和其他陶瓷材料的声像特征与性能，不仅发现了声速与声衰减与材料性能的某些对应关系，也利用声像特征揭示了材料普遍存在的加载历史等现象。主要内容之三是研究了I/CMC材料表面喷涂的梯度形成理论和焊接特性和摩擦磨损性能等应用基础问题，并使之实用化；主要内容之四是多角度研究了I/CMC复合材料的强韧化机制，使材料综合力学性能达到国际领先水平。研究成果获得多项发明专利，成功在山东九羊集团等用于切削刀具、拉拔模具和表面喷涂等工程领域，取得显著经济效益和社会效益。出版专著一部，在国内外发表论文69篇（SCI收录27篇、EI收录40篇、被引用160余次）。
该成果获得2004年教育部科技进步一等奖和2006年教育部自然科学二等奖。
3 焊接电弧阳极边界层物理传输机理研究
本项目主要研究直流钨极氩弧焊（TIG焊接）时的电弧阳极边界层物理传输机理及其对焊接熔池行为的影响。从微观角度深入分析了电弧等离子体各组分（电子、正离子、原子）的传热传质传量行为，将电弧阳极边界层物理传输过程的微观机理与电弧的宏观行为（电特性和热特性）联系起来。以熔池表面为真实阳极，建立了TIG电弧阳极边界层传输机理的数值分析模型。结果表明，鞘层电位差对阳极压降的符号与数值大小有决定性的影响，而阳极压降的符号与数值大小直接决定阳极表面热流中电子流的贡献比例。建立了阳极表面热流的计算公式，根据距离阳极表面一个平均电子自由程处的等离子体性能参数，确定出不同工艺条件下阳极表面接收到的热流密度。研制出一套TIG焊接熔池形状尺寸视觉检测系统，提取出了连续电流条件下TIG焊接熔池的整个边缘，并据此确定出不同工艺条件下熔池形状尺寸，基于宏观上的工艺过程结果（熔池表面形状参数）对电弧阳极边界层数值分析结果进行了实验验证。
本项目研究成果在国内外重要刊物发表之后，已被SCI收录18篇，EI收录12篇，并得到国际同行专家的较高评价和引用。例如：葡萄牙马德里大学M.S.Benilov教授，日本大阪大学M.Ushio教授与澳大利亚CSIRO研究组织J.J.Lowke教授等，日本大阪大学M.Tanaka教授等、美国肯塔基大学Y.M.Zhang教授等、清华大学Chen教授等人都在其重要国际刊物论文中引用了本项目研究成果。
该研究成果获得2005年教育部自然科学二等奖。
4 高效Al-P中间合金及其变质处理
微量磷可显著改善共晶和过共晶Al-Si合金的组织和性能，其应用越来越广泛。国内外以赤磷、磷盐或磷-铜合金形式向Al-Si合金熔体中加磷，面临两大难题：（1）五氧化二磷气体污染严重；（2）磷含量无法定量控制，导致变质效果不稳定。
通过对多相混合熔体金属中异相界面反应的系统研究，结合难熔合金的合成原理和取得的技术突破，首次提出Al-P中间合金及其制备工艺，用该工艺生产的Al-P中间合金，其含磷量可达5wt.%。本项目还对Al-P中间合金的微观结构及其形成规律，AlP颗粒特征及其形核活性进行了深入研究，提出了用Al-P中间合金对Al-Si活塞合金的变质处理新技术。用本发明产品处理的ZL109活塞合金，其金相组织稳定在1?3级（JB/T 6289-92），300℃拉伸强度稳定在120MPa以上，从根本上改善了活塞的内部组织结构，显著提高了活塞的高温性能；而且具有降低铝耗、无污染和操作简便等优点，特别是彻底消除了熔炼和变质处理过程中P2O5有毒气体的排放。
本发明产品在活塞制造业获得迅速推广，截止目前，已在全国十四个省市自治区的四十余家企业应用，并开始批量出口。现已销售Al-P中间合金1200多吨，取得显著的经济和社会效益。
本项目拥有自主知识产权，已申请国家发明专利10项，其中已授权7项。
研究成果获得2005年教育部技术发明二等奖。
5 碳纤维增强橡胶复合材料及其应用研究
本研究项目的主要内容是遵循橡胶材料应用研究的规律，首先选择好橡胶基体材料，然后从提高碳纤维与橡胶的结合力等关键技术入手，研究碳纤维对橡胶复合材料性能的影响。通过基本配方确定，工艺参数优化，物理性能和力学性能表征，确定碳纤维改性效果。分别采用浸渍法和干胶共混法对碳纤维进行预处理。在浸渍过程中，以液态高聚物和粘合剂为基本组分，将其浸渍在碳纤维表面，并渗透到碳纤维的毛细管中，从而增加碳纤维的官能度和表面粗糙度，改善碳纤维与橡胶间的浸润性，降低碳纤维之间的亲和力，增加碳纤维的分散性，而粘合剂有助于增加碳纤维与橡胶间的作用力。
本项目研制的碳纤维增强橡胶复合材料的拉伸强度高于一般橡胶材料近2倍，在相同的磨损实验条件下，其磨损量（0.16×10-7cm3/N?m）远小于一般橡胶材料（2.36×10-7cm3/N?m），因而可用该碳纤维增强橡胶复合材料制作工程用管材、耐磨衬轮和特殊密封材料等。将碳纤维增强橡胶复合材料用于制作的市政用管材和油田用环形胶芯已投入使用，取得了很好的经济和社会效益。
研究成果获得2006年山东省科技进步二等奖。
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