一、铀部件的特种铸造技术。1964年，张沛霖改用铀同位素分离工厂尾料六氟化铀制得的金属铀作原料，提出铸模不同部位测温点的布置与测温方法，针对模具温度变化过程，向定向凝固目标找准了改进措施，解决了铸件的缩孔问题，还获得了最省原料的解决途径。

二、生产堆燃料元件的技术攻关。张沛霖重视质量，组织工艺攻关的同时，组织建立了超声波检查燃料元件包壳贴紧度的方法；重视合理化建议，计秉贤提出的改进包壳封口旋压技术，在他的支持下确定下来；听取各方意见，正确引导，最终完成生产堆燃料元件技术攻关任务。

三、核潜艇动力反应堆燃料组件的研制。反应堆燃料组件选择二氧化铀—锆包壳的组合，从核材料角度，需解决动力堆燃料组件制造技术，核心是二氧化铀的成型与锆合金型材的封装。20世纪50年代，张沛霖参加指导了二氧化铀陶瓷片烧结工艺和锆合金电子束焊接工艺研究；1962年，参加指导了二氧化铀粉末冶金的研究工作。

四、高通量实验堆燃料元件的生产工艺研究。挤压工艺是采用内、外层用铝，中间夹铀合金的三层圆形胚料一次挤压成型，这种工艺不能完全消除筋下的芯体的畸变，不能达到设计要求。在讨论元件投产时，用户提出元件只能使反应堆运行到设计功率的70%。经过认真考虑，张沛霖还是决定投产，之后经过实际运行，证明反应堆可以达到设计功率，燃料元件质量可靠，研制成功。

五、核电站燃料元件的研制。张沛霖分析中国在发展核电用核燃料组件方面的技术优势，认为需自力更生，也要学习国外技术。在他的支持和指导下，在中国国内开展了燃料组件的设计、研究、实验和堆内辐照考验等工作。在中国核电事业的发展过程中，张沛霖倡导使用国产燃料组件，同时，引进和消化国外同行业技术及质量管理经验。

截至2005年9月，张沛霖编著的代表论著有《钢的冷加工》《氢在铁和铁合金中的扩散》等，其他论著参考如下：

[1]钱知强，高树浚，张沛霖.用剩余强度法测定钴在铜中的扩散系数[J].金属学报，1965，8（3）.

[2]张沛霖，林树智.晶粒间界对於铝晶体中形成亚结构的影响[J].物理学报，1956（02）：170-173.

[3]张沛霖，梁志德.铬钢在珠光体转变时的碳化物形成过程[J].金属学报，1957（04）：367-375.

[4]钱知强，高树浚，张沛霖.铁-钴（50%）合金中的自扩散[J]. 金属学报，1965，8（3）：326-331.

[5]张沛霖，徐萃章.滚珠钢在室温到马氏体点温度范围内等温转变的性质[J].金属学报，1956，1（4）：347-366.

1951年，张沛霖学成回国，参加了中国科学院金属研究所的筹建工作。他筹划全所建设，开展研究工作，使金属所各方面的工作顺利开展。

张沛霖的父亲在其一岁多时去世，其母亲葛氏节衣缩食，依靠几亩薄田和亲戚的接济供其上学。张沛霖学习成绩优异，但因家中贫困，无力承担大学学费，在张沛霖考大学时，他报考了当时山西省政府提供奖学金的若干学校。

1956年，张沛霖与华瑾结婚，华瑾曾任职于中国科学院上海有机化学研究所、沈阳药学院和中国科学院植物研究所。张沛霖夫妇育有一女。

“张沛霖在发展核材料事业方面全心全意，数十年如一日，艰苦攻关、默默奉献，做出了卓越的贡献。”（《民主》评）

“中国核电事业得以稳步发展，开拓前进，张沛霖是有卓著功劳的。”（何梁何利基金评）

“张沛霖对中国核科学技术事业和国防事业的发展作出了重要贡献。”（中国科学院评）