キャサリン・フェイバー

キャサリン・フェイバー
ノースウェスタン大学マコーミック工学部のファーバー氏
生まれる	キャサリン・テレサ・フェイバー ( 1953-06-19 )1953年6月19日（71歳） バッファロー、ニューヨーク州、米国
教育	アルフレッド大学(学士) ペンシルベニア州立大学( MS ) カリフォルニア大学バークレー校（博士号）
配偶者	トーマス・フェリックス・ローゼンバウム
科学者としてのキャリア
フィールド	材料科学 多孔質媒体 陶芸 複合材料
機関	オハイオ州立大学 ノースウェスタン大学 カリフォルニア工科大学
博士課程の指導教員	アンソニー・G・エヴァンス

キャサリン・T・フェイバーはアメリカの材料科学者であり、セラミック工学、材料強化、超高温材料の分野で世界有数の専門家の一人です。フェイバーはカリフォルニア工科大学（Caltech）の材料科学のサイモン・ラモ教授です。^{[1]彼女は以前、}ノースウェスタン大学マコーミック工学応用科学学部のウォルター・P・マーフィー教授および材料科学工学の学部長でした。^[2]

ファーバーは脆性材料の破壊力学やエネルギー関連セラミックスおよび複合材料の研究で知られ、彼女の名にちなんで名付けられた亀裂偏向のファーバー・エバンスモデルもその1つである。 ^{[3] [4] [5]}彼女の研究は、発電部品の熱および環境バリアコーティング用のセラミックから、医療用途のフィルターや流れのための多孔質固体まで、幅広い分野を網羅している。ファーバーは芸術科学研究センターの共同設立者であり、前共同所長でもある。また、 NASAのジェット推進研究所との共同研究も数多く監督している。

ファーバーは、大恐慌により教育が中断された航空技術者志望の父親の末娘でした。^[6]きょうだいの中で科学に興味を持っていた唯一の人物であった彼女は、父親から工学の道に進むよう励まされました。当初化学に興味があった彼女は、多くの工学上の問題を解決する上でセラミック工学の可能性に気づき、セラミック工学への理解を深めました。ファーバーは最終的に、アルフレッド大学ニューヨーク州立セラミックス大学でセラミック工学の理学士号を取得しました（1975年）。^[2]彼女はペンシルベニア州立大学でセラミック科学の理学修士号を取得し（1978年）、ガイ・リンドーネ教授のもとでガラスの相分離を学びました。^{[2]彼女は修士号を取得した後、}ニューヨーク州ナイアガラフォールズにあるカーボランダム社で開発エンジニアとして1年間働き、エンジンなどの高性能用途向けのシリコンカーバイドの開発に携わりました。^[7]産業界で1年間働いた後、ファーバーはカリフォルニア大学バークレー校で材料科学の博士号を取得することを決意し、1982年に博士号を取得しました。^{[2] [8]}

1982年から1987年まで、フェイバーはオハイオ州立大学でセラミック工学の助教授および准教授を務めた。^[9]彼女は、米国の優れた科学および工学の教授に米国の安全保障上の課題を紹介するプログラムである国防科学研究グループの最初のクラスに参加した（1985-1988年）。^[10] 1988年から2014年まで、ノースウェスタン大学マコーミック工学部で准教授、教授、および材料科学および工学のウォルター・P・マーフィー教授として教鞭をとった。ノースウェスタン大学在学中、彼女は大学院研究担当副学部長を務め、2,500万ドルを超える教員研究資金を監督した。^[11]彼女はその後、ノースウェスタン大学で材料科学および工学部の学部長を5年間務め、同大学では米国とカナダ各地の数多くの材料プログラムのディレクターで構成される共同グループである大学材料評議会の議長も務めました（2001年から2002年）。^{[2]さらに、2005年から2007年まで、}アルゴンヌ国立研究所の先端光子源の科学諮問委員会に所属しました。^[2] 2014年、彼女はカリフォルニア工科大学の教員に加わりました。^[1]

2006年から2007年にかけて、ファーバーはアメリカ陶磁器協会 の会長を務め、^[12] 2013年には陶磁器とガラスの専門職への顕著な貢献が認められ、終身会員に選ばれました。^{[12] 2014年、ファーバーは}アメリカ芸術科学アカデミーのフェローに選出されました。 ^[9] 2024年、ファーバーは陶磁器技術と教育への生涯にわたる貢献が認められ、陶磁器界で授与される最高の栄誉の一つであるW・デイビッド・キングリー賞を受賞しました。 ^{[13] [14]}

彼女は以下の功績も認められています:

• IBM教員育成賞（1984年～1986年）^[2]
• 国立科学財団（NSF）大統領若手研究者賞（1984年～1989年）^[2]
• 女性技術者協会優秀教育者賞（1995年）^[2]
• YWCA教育功労賞（1997年）^[2]
• NSF創造性拡張賞（2001–2003）^[2]
• ASMインターナショナルフェローシップ（2003年）^[2]
• ペンシルベニア州立大学地球鉱物科学部チャールズ・L・ホスラー同窓生奨学生賞（2004年）^[2]
• NSFアメリカ競争力・イノベーションフェローおよび創造性拡張賞（2010年）^[11]
• アメリカ陶芸協会ミシガン/北西オハイオ支部トレドガラス・陶芸賞（2012年）^[11]
• アメリカ芸術科学アカデミー（2014）^[11]
• アメリカ陶芸協会ジョン・ジェップソン賞（2015年）^[15]
• W. デビッド キンガリー賞(2024) ^[13]

キャサリン・フェイバーの研究は、破壊力学、形状記憶材料、環境バリアコーティング（EBC）、積層造形、窒化ホウ素複合材、歴史的セラミックスに焦点を当てた、材料科学のさまざまなトピックを網羅しています。形状記憶材料に関する研究では、ジルコニアベースのセラミックスのマルテンサイト変態を調査しています。^[16]フェイバーの研究グループは、凍結鋳造技術を使用して、形状記憶挙動を示す多孔質ジルコニア構造を作成します。ゾルゲル合成と凍結鋳造を通じて、彼女はオリゴ結晶ジルコニアシステムの応力誘起形状記憶と超弾性効果を調べ、バルクシステムで早期亀裂を引き起こす体積変化の問題に取り組んでいます。^[17]

ファーバー氏はまた、ガスタービンエンジンなどの高温用途における環境バリアコーティング（EBC）の耐久性についても研究している。 ^[18] EBCは、燃焼環境におけるセラミックマトリックス複合材（CMC）の劣化を防ぐために不可欠である。彼女の研究では、ボンドコート層の酸化や熱膨張係数の不一致など、ひび割れや剥離につながる損傷モードを詳しく調べている。ファーバー氏は、先進光子源（APS）の高強度X線などの高度な技術を使用して、EBCシステムの内部ひずみ、応力、損傷の進行を測定し、酸化破損のメカニズムと速度を理解し、これらのコーティングの寿命を延ばすことを目指している。^[19]

ファバー氏はNASAのジェット推進研究所と共同で、六方晶窒化ホウ素（h-BN）とグラファイトを組み合わせた複合材料を開発し、ホール効果スラスタの改良に取り組んでいる。 ^{[20] BNの脆い性質は動的負荷下では問題となるため、ファバー氏のグループは高温}炭素熱還元によりグラファイト上にh-BNを成長させる層状システムを開発することにした。この複合材料は、両方のコンポーネントの望ましい特性を兼ね備えており、熱放射率、化学的不活性、熱衝撃に対する耐性を備えながら、動的環境における酸化と脆さの問題にも対処している。^[21]

ファーバーの研究グループはまた、歴史的な陶磁器、特にマイセン磁器を調査し、ベトガーのラスター彩を理解し、その真正性を証明しています。 ^{[22]彼女のグループは}、X線回折、走査型電子顕微鏡、化学的特性評価などの科学的手法を使用して、ラスター彩の組成と製造技術を調査しています。これらの歴史的遺物をリバースエンジニアリングすることで、彼女の研究は18世紀初頭のマイセン工場で使用された材料とプロセスに関する洞察を提供し、これらの重要な文化的遺物の歴史的知識と保存に貢献しています。彼女の研究対象には、シリコンベースのセラミックスとセラミックマトリックス複合材、^[1]ポリマー由来の多機能セラミックス、^{[12 ] 熱分解木材などの天然の足場から合成された} グラファイトとシリコンカーバイドベースのセルラーセラミックス、^[12]および文化遺産科学^[9]、特に磁器と翡翠が含まれています。^[10]

メイン記事: ファーバー・エヴァンスモデル

キャサリン・フェイバーと彼女の博士課程の指導教官であるアンソニー・G・エヴァンスは、セラミックスの破壊靭性の向上を予測するために設計された材料力学モデルを初めて導入しました。これは、マトリックス内で微小亀裂が発生しやすい第2相粒子の周りの亀裂のたわみを考慮することによって実現されます。 ^[23]このモデルは、第2相の粒子の形態、アスペクト比、間隔、および体積分率を考慮します。さらに、亀裂面のたわみや湾曲が発生したときに亀裂先端での局所的な応力強度が減少することも考慮します。

ファーバーは、画像化技術を使用することで、実際の亀裂の曲がり具合を決定し、たわみと湾曲角度をモデルに直接入力できることを示しました。その後の破壊靭性の上昇は、平坦なマトリックス内の平坦な亀裂のそれと比較されます。強化の程度は、熱収縮の不適合性から生じる不一致ひずみと、粒子/マトリックス界面の微小破壊抵抗にかかっています。^[24]この強化効果は、粒子が狭いサイズ分布を示し、適切なサイズである場合に顕著になります。

ファーバーの分析により、形態に関係なく、破壊靭性は主に亀裂前面の初期の傾斜ではなく、亀裂前面の最も激しいねじれによって決定されることが明らかになりました。円盤状粒子の場合、亀裂前面の初期の傾斜が大幅な強化に寄与しますが、ねじれ成分は依然として靭性を高める主な要因です。^[25]さらに、彼女は、粒子間の間隔の分布が球状粒子の強化効果に重要な役割を果たすことを示しました。具体的には、球が近接すると靭性が増加し、ねじれ角がπ/2に近づきます。ファーバーのこれらの洞察は、より強力な2相セラミック材料を設計するための基礎を形成しました。ファーバー・エバンスモデルは、ほぼ等軸の粒子を持つ材料がたわみ効果により粒界値の約2倍の破壊靭性の増加を経験する可能性があることを示すために、材料科学者によって広く使用されています。^{[26] [27]}

ファーバーは、ノースウェスタン大学とシカゴ美術館の共同研究センター（NU-ACCESS）の共同創設者兼共同ディレクターです。このセンターでは、高度な材料特性評価と分析技術を使用して、歴史的遺物の保存科学を推進しています。 ^[2] NU-ACCESSは、この種のセンターとしては初めてのもので、さまざまな機関の科学者や学者がセンターの施設を利用してコレクションを研究する機会を提供しています。^[28]

ファーバーは、物性物理学者でカリフォルニア工科大学の現学長であるトーマス・F・ローゼンバウムと結婚している。^{[29] 2人は、ローゼンバウムが}シカゴ大学のジョン・T・ウィルソン物理学特別教授および大学学長の職を退いた後、2013年にカリフォルニア工科大学でキャリアをスタートさせた。^[30] 2人の間にはダニエルとマイケルという2人の息子がいる。

• フェイバー・エヴァンスモデル
• セラミック工学
• 骨折
• 破壊靭性
• 強化

ファーバーは150以上の論文を執筆し、3つの章を執筆し、半導体と半金属：半導体の機械的性質v. 37という書籍を編集しました。^{[12] [31]} 2003年に、彼女は科学情報研究所から材料科学の高引用著者として認められました。^[2]

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