stringtranslate.com

Кэтрин Фабер

Кэтрин Т. Фабер — американский ученый-материаловед и один из ведущих мировых экспертов в области керамической инженерии , упрочнения материалов и сверхвысокотемпературных материалов . Фабер — профессор материаловедения имени Саймона Рамо в Калифорнийском технологическом институте (Калтех). [1] Ранее она была профессором имени Уолтера П. Мерфи и заведующей кафедрой материаловедения и инженерии в Школе инженерии и прикладных наук Маккормика в Северо-Западном университете . [2]

Фабер известна своими работами в области механики разрушения хрупких материалов и керамики и композитов , связанных с энергетикой , включая модель деформации трещины Фабера-Эванса , названную в ее честь. [3] [4] [5] Ее исследования охватывают широкий спектр тем: от керамики для тепловых и экологических барьерных покрытий в компонентах электрогенерации до пористых твердых тел для фильтров и потоков в медицинских приложениях. Фабер является соучредителем и бывшим содиректором Центра научных исследований в области искусств , а также курирует ряд совместных начинаний, особенно с Лабораторией реактивного движения НАСА .

Биография

Ранняя жизнь и образование

Фабер была младшей дочерью начинающего инженера-авиаконструктора , чье образование было остановлено Великой депрессией . [6] Поскольку она была единственной из своих братьев и сестер, кто интересовался наукой, ее отец поощрял ее к получению образования в области инженерии. Первоначальный интерес к химии перерос в признание керамической инженерии после того, как Фабер осознал ее потенциал в решении многих инженерных проблем. В конечном итоге Фабер получила степень бакалавра наук в области керамической инженерии в Нью-Йоркском государственном колледже керамики при Университете Альфреда (1975). [2] Она получила степень магистра наук в области керамической науки в Университете штата Пенсильвания (1978), где изучала разделение фаз в стеклах у профессора Гая Риндона. [2] После окончания обучения со степенью магистра наук она в течение года работала инженером-разработчиком в компании The Carborundum Company в Ниагарском водопаде, штат Нью-Йорк , над разработкой карбида кремния для высокопроизводительных применений, таких как двигатели. [7] После года работы в промышленности Фабер решила продолжить обучение в докторантуре по материаловедению в Калифорнийском университете в Беркли , которую она завершила в 1982 году . [2] [8]

Обучение, признание

Кэтрин Фабер читает лекцию о механическом поведении твердых тел

С 1982 по 1987 год Фабер занимала должность ассистента и доцента кафедры керамической инженерии в Университете штата Огайо . [9] Она участвовала в первом классе Группы изучения оборонной науки, программы, которая знакомит выдающихся американских профессоров в области науки и техники с проблемами безопасности Соединенных Штатов (1985–1988). [10] С 1988 по 2014 год она преподавала в качестве доцента, профессора и профессора Уолтера П. Мерфи по материаловедению и инженерии в Школе инженерии Маккормика в Северо-Западном университете. Во время работы в Северо-Западном университете она занимала должность заместителя декана по аспирантуре и исследованиям, курируя более 25 миллионов долларов из исследовательских фондов факультета. [11] Затем она проработала 5 лет заведующей кафедрой материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете, где также была председателем Совета по материалам университета (2001–2002), совместной группы, состоящей из директоров ряда программ по материалам из США и Канады. [2] Кроме того, с 2005 по 2007 год она входила в состав Научно-консультативного комитета по усовершенствованному источнику фотонов в Аргоннской национальной лаборатории . [2] В 2014 году она присоединилась к преподавательскому составу Калифорнийского технологического института. [1]

С 2006 по 2007 год Фабер занимала пост президента Американского керамического общества [12] , а в 2013 году была названа почетным пожизненным членом в знак признания ее выдающегося вклада в профессию керамики и стекла. [12] В 2014 году Фабер была избрана в класс стипендиатов Американской академии искусств и наук . [9] В 2024 году Фабер получила премию У. Дэвида Кингери , одну из высших наград, присуждаемых в керамическом сообществе, за ее пожизненный вклад в керамическую технологию и образование. [13] [14]

Фабер на приеме WiMSE

Она также была отмечена:

Работа

Исследовать

Исследования Кэтрин Фабер охватывают широкий спектр тем материаловедения, уделяя особое внимание механике разрушения, материалам с памятью формы , защитным покрытиям от воздействия окружающей среды (EBC), аддитивному производству, композитам на основе нитрида бора и исторической керамике. Ее работа над материалами с памятью формы исследует мартенситное превращение в керамике на основе диоксида циркония . [16] Используя методы литья под давлением , исследовательская группа Фабер создает пористые структуры из диоксида циркония, демонстрирующие поведение памяти формы. С помощью золь-гель синтеза и литья под давлением она изучает вызванную напряжением память формы и сверхэластичные эффекты в системах олигокристаллического диоксида циркония, решая проблему изменения объема, которая вызывает преждевременное растрескивание в объемных системах. [17]

Почетная лекция доктора Кэтрин Фабер в Инженерном колледже Калифорнийского университета в Дэвисе, зима 2018 г.

Фабер также исследует долговечность защитных покрытий от воздействия окружающей среды (EBC) в высокотемпературных приложениях, таких как газотурбинные двигатели. [18] EBC необходимы для защиты керамических матричных композитов (CMC) от деградации в условиях горения. Ее исследования углубляются в режимы повреждения, включая окисление связующего слоя покрытия и несоответствие коэффициентов теплового расширения , которые приводят к растрескиванию и отколу . Фабер использует передовые методы, такие как высокоинтенсивное рентгеновское излучение на усовершенствованном источнике фотонов (APS), для измерения внутренних деформаций, напряжений и развития повреждений в системах EBC, стремясь понять механизмы и скорости отказа окисления и увеличить срок службы этих покрытий. [19]

В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения NASA, Фабер работает над усовершенствованием двигателей на эффекте Холла , разрабатывая композитный материал, который сочетает в себе гексагональный нитрид бора (h-BN) и графит. [20] Хрупкая природа объемного BN создает проблемы при динамических нагрузках, побуждая группу Фабера создать слоистую систему, в которой h-BN выращивается на графите посредством высокотемпературного карботермического восстановления. Этот композитный материал сочетает в себе желаемые свойства обоих компонентов, предлагая теплоизлучательную способность, химическую инертность и устойчивость к тепловому удару, одновременно решая проблемы окисления и хрупкости в динамических средах. [21]

Исследовательская группа Фабера также изучает историческую керамику, в частности мейсенский фарфор , чтобы понять и аутентифицировать люстровые изделия Бёттгера . [22] Используя научные методы, такие как рентгеновская дифракция , сканирующая электронная микроскопия и химическая характеристика, ее группа исследует состав и технологии производства люстровых изделий. Путем обратного проектирования этих исторических артефактов ее исследование дает представление о материалах и процессах, используемых на мейсенских фабриках начала 18 века, внося вклад в историческое знание и сохранение этих важных культурных артефактов. Ее исследовательские интересы также включают керамику на основе кремния и керамические матричные композиты; [1] многофункциональную керамику, полученную из полимеров; [12] ячеистую керамику на основе графита и карбида кремния, синтезированную из природных каркасов, таких как пиролизованная древесина; [12] и науку о культурном наследии , [9] с акцентом на фарфор и нефрит . [10]

Модель деформации трещины

Основная статья: Модель Фабера-Эванса

Кэтрин Фабер на церемонии вручения наград ACS Awards 2013

Кэтрин Фабер и ее научный руководитель Энтони Г. Эванс впервые представили модель механики материалов , разработанную для прогнозирования повышения вязкости разрушения в керамике. Это достигается путем учета прогиба трещины вокруг частиц второй фазы, склонных к микротрещинам в матрице. [23] Модель учитывает морфологию частиц , соотношение сторон, расстояние и объемную долю второй фазы. Кроме того, она учитывает снижение локальной интенсивности напряжений в вершине трещины, когда происходит прогиб или изгиб плоскости трещины.

Фабер показал, что с помощью методов визуализации можно определить фактическую извилистость трещины, что позволяет напрямую вводить углы прогиба и изгиба в модель. Последующее повышение вязкости разрушения затем сопоставляется с таковым для плоской трещины в простой матрице. Степень упрочнения зависит от деформации несоответствия, возникающей из-за несовместимости термического сжатия и сопротивления микроразрушению на границе раздела частица/матрица. [24] Этот эффект упрочнения становится заметным, когда частицы демонстрируют узкое распределение размеров и имеют подходящий размер.

Анализ Фабер показал, что вязкость разрушения, независимо от морфологии, в первую очередь определяется наиболее сильным скручиванием фронта трещины, а не его начальным наклоном. В то время как начальный наклон фронта трещины способствует значительному упрочнению в случае дискообразных частиц, компонент скручивания остается доминирующим фактором в повышении вязкости. [25] Кроме того, она показала, что распределение межчастичного расстояния играет решающую роль в эффекте упрочнения сферических частиц. В частности, вязкость увеличивается, когда сферы находятся в непосредственной близости, в результате чего углы скручивания приближаются к π/2. Эти идеи Фабера легли в основу проектирования более прочных двухфазных керамических материалов. Модель Фабера-Эванса широко используется материаловедами для указания того, что материалы с приблизительно равноосными зернами могут испытывать увеличение вязкости разрушения примерно в два раза по сравнению со значением границы зерна из-за эффектов прогиба. [26] [27]

Инициативы

Фабер является соучредителем и содиректором Центра научных исследований в области искусств Северо-Западного университета – Чикагского института искусств (NU-ACCESS), совместного проекта Северо-Западного университета и Чикагского института искусств, в котором передовые методы изучения характеристик материалов и анализа используются для дальнейшего развития науки о сохранении исторических артефактов. [2] NU-ACCESS, первый центр такого рода, предоставляет возможность ученым и исследователям из различных учреждений использовать возможности центра для изучения своих коллекций. [28]

Личная жизнь

Фабер замужем за физиком конденсированного состояния и нынешним президентом Калифорнийского технологического института Томасом Ф. Розенбаумом . [29] Они начали свою карьеру в Калифорнийском технологическом институте в 2013 году после того, как Розенбаум перешел со своей предыдущей должности профессора физики имени Джона Т. Уилсона и проректора Чикагского университета . [30] У них двое сыновей, Дэниел и Майкл.

Смотрите также

Избранные публикации

Фабер является автором более 150 статей, написала три главы книг и отредактировала книгу « Полупроводники и полуметаллы: механические свойства полупроводников», т. 37. [ 12] [31] В 2003 году Институт научной информации признал ее высокоцитируемым автором в области материаловедения. [2]

Ссылки

  1. ^ abc "Faber Research Group". faber.caltech.edu . Получено 2 декабря 2019 г. .
  2. ^ abcdefghijklmno "Faber, Katherine | Faculty". Northwestern Engineering . Получено 2 декабря 2019 г. .
  3. ^ "Кэтрин Т. Фабер". Caltech Division of Engineering and Applied Science . Получено 19 октября 2022 г.
  4. ^ "Новости | Профессор Фабер получает премию Джона Джеппсона". Caltech Materials Science . 21 апреля 2015 г. Архивировано из оригинала 28 июня 2023 г. Получено 23 октября 2022 г.
  5. ^ Камбл, Митил; Лахнот, Анируддха Сингх; Кораткар, Нихил; Пику, Каталин Р. (1 июня 2020 г.). «Мезомасштабное упрочнение полимерных нанокомпозитов, вызванное неоднородностью». Материалия . 11 : 100673. doi : 10.1016/j.mtla.2020.100673 . ISSN  2589-1529.
  6. ^ "Кэтрин Фабер". EngineerGirl . Получено 30 октября 2022 г. .
  7. ^ "Кэтрин Фабер". EngineerGirl . Получено 9 августа 2021 г. .
  8. ^ Хэтч, Сибил (2006). Изменение нашего мира: правдивые истории женщин-инженеров (1-е изд.). Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей. ISBN 978-0-7844-0841-4.
  9. ^ abc "Katherine T. Faber". Американское керамическое общество . Получено 2 декабря 2019 г.
  10. ^ ab Madsen, Lynnette D. (февраль 2016 г.). Успешные женщины-ученые и инженеры в области керамики и стекла. 100 вдохновляющих профилей . John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-73360-8. OCLC  953526292.
  11. ^ abcd Мэдсен, Линнетт (2016). Успешные женщины — ученые и инженеры в области керамики и стекла: 100 вдохновляющих профилей (1-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-1-118-73360-8.
  12. ^ abcde "Американское керамическое общество объявляет о выборе Фабера, Гоклера и Мессинга в качестве почетных пожизненных членов 2013 года". Американское керамическое общество . 22 июля 2013 г. Получено 2 декабря 2019 г.
  13. ^ ab "Кэтрин Фабер получает премию W. David Kingery Award от Американского керамического общества". Applied Physics . 24 июня 2024 г. Получено 18 октября 2024 г.
  14. ^ "Награды - Американское керамическое общество". Американское керамическое общество . Получено 18 октября 2024 г.
  15. ^ "Архивы премии Джона Джеппсона". Американское керамическое общество . Получено 23 октября 2022 г.
  16. ^ Цзэн, Сяомэй; Араи, Нориаки; Фабер, Кэтрин Т. (2019). «Прочная ячеистая керамика с памятью формы с помощью градиентно-контролируемого замораживания». Advanced Engineering Materials . 21 (12). doi :10.1002/adem.201900398. ISSN  1438-1656.
  17. ^ "Faber Research Group". faber.caltech.edu . Получено 31 мая 2024 г. .
  18. ^ Хардер, Брайан Дж.; Рамирес-Рико, Хоакин; Альмер, Джонатан Д.; Ли, Канг Н.; Фабер, Кэтрин Т. (2011). «Химические и механические последствия воздействия кальция–магния–алюмосиликата на барьерные покрытия для окружающей среды». Журнал Американского керамического общества . 94 (s1). doi :10.1111/j.1551-2916.2011.04448.x. ISSN  0002-7820.
  19. ^ "Faber Research Group". faber.caltech.edu . Получено 31 мая 2024 г. .
  20. ^ Чари, Селия С.; МакЭнерни, Брайан В.; Хофер, Ричард Р.; Воллмерсхаузер, Джеймс А.; Горжковски, Эдвард П.; Фабер, Кэтрин Т. (2023). «Высокотемпературный карботермический синтез и характеристика биматериалов графит/h-BN». Журнал Американского керамического общества . 106 (4): 2225–2239. doi :10.1111/jace.18927. ISSN  0002-7820.
  21. ^ "Faber Research Group". faber.caltech.edu . Получено 31 мая 2024 г. .
  22. ^ Chari, Celia S.; Taylor, Zane W.; Bezur, Anikó; Xie, Sujing; Faber, Katherine T. (3 мая 2022 г.). «Наномасштабная инженерия золотых частиц в люстрах и глазурях Бёттгера 18-го века». Труды Национальной академии наук . 119 (18): e2120753119. Bibcode : 2022PNAS..11920753C. doi : 10.1073/pnas.2120753119 . ISSN  0027-8424. PMC 9170166. PMID 35446687  . 
  23. ^ Faber, KT; Evans, AG (1 апреля 1983 г.). «Процессы прогиба трещины — I. Теория». Acta Metallurgica . 31 (4): 565–576. doi :10.1016/0001-6160(83)90046-9. ISSN  0001-6160.
  24. ^ Faber, KT; Evans, AG (1 апреля 1983 г.). «Процессы прогиба трещины — II. Эксперимент». Acta Metallurgica . 31 (4): 577–584. doi :10.1016/0001-6160(83)90047-0. ISSN  0001-6160.
  25. ^ Faber, KT; Evans, Anthony G. (1983). «Упрочнение при межзеренной трещине-деформации в карбиде кремния». Журнал Американского керамического общества . 66 (6): C–94–C-95. doi :10.1111/j.1151-2916.1983.tb10084.x. ISSN  0002-7820.
  26. ^ Лю, Хайян; Вайскопф, Карл-Л.; Петцов, Гюнтер (1989). «Процесс отклонения трещин в горячепрессованных армированных нитевидными кристаллами керамических композитах». Журнал Американского керамического общества . 72 (4): 559–563. doi :10.1111/j.1151-2916.1989.tb06175.x. ISSN  0002-7820.
  27. ^ Картер, Дэвид Х.; Херли, Джордж Ф. (1987). «Прогиб трещины как механизм упрочнения в армированном нитевидными кристаллами SiC MoSi2». Журнал Американского керамического общества . 70 (4): C–79-C-81. doi :10.1111/j.1151-2916.1987.tb04992.x. ISSN  0002-7820.
  28. ^ "Центр научных исследований в области искусств – Северо-Западный университет". scienceforart.northwestern.edu . Получено 31 марта 2023 г. .
  29. ^ "Caltech Environmental Science and Engineering | Новости | Caltech Names Ninth President". Caltech Environmental Science and Engineering . Получено 30 октября 2022 г. .
  30. ^ "Caltech Announces New President". Лаборатория реактивного движения NASA (JPL) . Получено 5 ноября 2022 г.
  31. ^ Моллой, Кэтрин Т.; Фабер, Кевин Дж. (1992). Механические свойства полупроводников . Academic Press. ISBN 978-0-08-086434-1. OCLC  646758339.