張立同從事航空航天高溫陶瓷及其復合材料研究，在氮化矽結合碳化矽、自增韌碳化矽、定向自生***晶硼化物復合材料、矽炭氮納米吸波材料以及連續纖維增韌鋇長石復相玻璃陶瓷復合材料等方面均取得新突破。特別在連續纖維增韌碳化矽陶瓷基復合材料及其制造技術方面，打破國際封鎖，建立了具有中國自主知識產權的制造技術與設備體系。
1980年，在張立同的科研理論指導下，中國首次采用銅川上店土型殼材料鑄造成功了第壹批高精度、低粗糙度的斯貝低壓壹級無余量空心導向葉片。新鑄葉片的尺寸精度及內部質量與國際著名的羅羅發動機公司的斯貝發動機葉片相當，表面粗糙度還略低於英國葉片。斯貝發動機的引進，使張立同的研究進入到向國際先進行列看齊的新階段。
張立同主持研究的“無余量熔模鑄造技術”，不僅將中國的熔模鑄造水平推向了國際先進行列，而且還為發展中國新型發動機復雜內腔葉片及薄壁復雜整體構件奠定了理論和工藝基礎。銅川上店土型殼材料，也被正式命名為“中華高嶺土型殼材料”。
2000年和2008年先後創建超高溫結構復合材料國防重點實驗室和陶瓷基復合材料工程中心，為中國陶瓷基復合材料研究與工程轉化搭建平臺，工程化成果廣泛用於航空航天領域，並向民用領域拓展。 張立同合著專著二部，授權國家發明專利50余項，發表SCI和EI收錄論文400余篇。
專著 序號 名稱出版源年份備註1自愈合陶瓷基復合材料制備與應用基礎化學工業出版社2015張立同編著2纖維增韌碳化矽陶瓷復合材料 模擬、表征與設計化學工業出版社2009 張立同主編3復合材料手冊化學工業出版社2009益小蘇 ，張立同主編4近凈形熔模精密鑄造理論與實踐國防工業出版社2007張立同參編5中國材料工程大典 第10卷 復合材料工程化學工業出版社2005益小蘇 ，張立同主編期刊論文 序號 名稱出版源年份作者1化學氣相滲透制備SiC_w/SiC層狀結構陶瓷科學通報2015成來飛，張立同等2SiC_w/SiC層狀結構陶瓷的制備及其應用中國材料進展2015解玉鵬，成來飛，張立同等3碳/碳化矽復合材料摩擦磨損性能分析航空材料學報2005張亞妮，徐永東，張立同等4碳陶剎車材料的研究進展航空制造技術2014徐興亞，張立同，範尚武等5吸波型SiC陶瓷材料的研究進展航空制造技術2014張亞君，殷小瑋，張立同6化學氣相沈積層狀BCx/SiC塗層自愈合機制復合材料學報2013張偉華，成來飛，張立同等7Si-B-C陶瓷塗敷2D C/SiC復合材料的抗氧化性能復合材料學報2013左新章，張立同等8液矽滲透法制備Ti3SiC2改性C/C-SiC復合材料復合材料學報2012範曉孟，殷小瑋，張立同等9新型碳化矽陶瓷基復合材料的研究進展航空制造技術2003張立同，成來飛，徐永東10高溫透波材料研究進展航空材料學報2003韓桂芳，陳照峰，張立同等11連續纖維增韌陶瓷基復合材料可持續發展戰略探討復合材料學報2007張立同，成來飛12陶瓷基復合材料在火箭發動機上的應用固體火箭技術2000鄒武，張康助，張立同13連續纖維增韌碳化矽陶瓷基復合材料研究矽酸鹽學報2002徐永東，成來飛，張立同14CVI法制備連續纖維增韌陶瓷基復合材料矽酸鹽學報1995徐永東，張立同，成來飛15高溫陶瓷基復合材料制備工藝的研究材料工程2000肖鵬，徐永東，張立同16CVI法制備三維碳纖維增韌碳化矽復合材料矽酸鹽學報1996徐永東，張立同等17層狀Ti3SiC2陶瓷的組織結構及力學性能復合材料學報2002李世波，王東，張立同等18高溫結構陶瓷材料的設計準則矽酸鹽通報1997徐永東，張立同，韓金探 張立同培養博、碩研究生近百名，獲國家教學成果二等獎1項。
據中國科學技術信息研究所、國家工程技術數字研究館信息：1995年至2004年期間，張立同***培養8名學生獲得博士學位，基本情況如下 ：
曾慶豐 學位類別：博士；授予學位日期 2004年04月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：C/SiC復合材料優化設計
鄒武 學位類別：博士；授予學位日期 2001年11月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：三維編織C/SiC復合材料的制備及其性能研究
殷小瑋 學位類別：博士；授予學位日期 2001年03月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：3DC/SiC復合材料的環境氧化行為
肖鵬 學位類別：博士；授予學位日期 2001年10月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：CSCVI法制備C/SiC的過程特征及其模擬
王汝敏 學位類別：博士；授予學位日期 1991年12月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：改性雙馬來酰亞胺樹脂基體研究
劉曉輝 學位類別：博士；授予學位日期 1997年12月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：高抗沖復合材料的研究
成來飛 學位類別：博士；授予學位日期 1997年12月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：1650℃長壽命碳/碳復合材料防氧化塗層研究
楊覺明 學位類別：博士；授予學位日期 1995年09月01日； 授予學位單位：西北工業大學；學位論文：用溶膠凝膠法制備熱強BAS玻璃陶瓷的工藝理論基礎及其材料性能研究