Preparation, characterization and thermal stability of different phases of aluminium hybride (alane)

• Auteur / Autrice : Weimin Cong
• Direction : Charles Kappenstein, Yann Batonneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie organométallique

Aluminium

Thèses et écrits académiques

Propergols solides

Résumé

Hydrure d'aluminium ou d’alane AlH3 est un matériau très important comme additifs dans les propergols énergiques. Il y a au moins huit phases AlH3 trouvé dans la littérature. Mais en fait, seuls le plus stable α-AlH3 (Hf ° = -11,4 kJ mol-1) peut être un candidat pour l'utilisation potentielle. Les méthodes sûres, fiables, à faible coût et à faible toxicité de synthèse de pur α-AlH3 ont attiré de nombreuses études. Les échantillons alane est synthétisé en utilisant une méthode de synthèse organométallique en deux étapes : (i) préparation d'un complexe soluble dans alane solvate par l'éther, et (ii) l'élimination de l'éther pour obtenir l’alane non solvate. 1) 3 LiAlH4 (dans l'éther) + AlCl3 (dans l'éther) (+ LiBH4)  4 AlH3 • Et2O (solvate) + 3 LiCl (s) 2) AlH3 • Et2O (solvate) (traitement thermique / cristallisation en solution solvant)  AlH3 (s). Avec l'évolution des conditions de traitement thermique et de l'état de cristallisation, les types d'échantillons alane sont préparés. Ces échantillons sont caractérisés avec de la poudre diffraction des rayons X, la spectroscopie électronique à balayage, microsonde Raman et RMN (27Al et 1H, pour l'étude de la solution de alane solvate dans l'éther). Les performances de décomposition des échantillons sont examinées par TGA-DTA et in-situ diffraction des rayons X. Parmi ces échantillons, pur γ-phase alane et pur α-phase alane sont obtenus avec succès. La température de traitement thermique et les conditions de cristallisation dans une solution de solvant jouent un rôle très important dans la préparation pure phase γ- et α-alane respectivement. Après le traitement de stabilisation, α-phase alane sont bien stabilisées. Les échantillons sont très stables jusqu'à la décomposition principale. L'échantillon pur α-phase alane est préparé avec grande échelle (à partir de 2 g à 6 g) et est régulièrement synthétisés avec succès. Il a prouvé cette méthode de préparation est fiable et reproductible.

Aluminum hydride or alane AlH3 is a very important material as energetic additives in rocket propellants. There are at least eight AlH3 phases found in the literature. But in fact only the most stable α-AlH3 (Hf° = -11. 4 kJ mol-1) can be a candidate for the potential utilization. The safe, reliable, low toxic and low cost synthesis methods of pure α-AlH3 attracted numerous studies. The alane samples are synthesized using an organometallic synthesis method in two steps : (i) preparation of a soluble alane complex solvated by ether; and (ii) removal of ether to get the non-sovated alane. 1) 3 LiAlH4 (in ether) + AlCl3 (in ether) (+ LiBH4)  4 AlH3·Et2O (solvated) + 3 LiCl(s) 2) AlH3·Et2O (solvated) (heat treatment / crystallization in solvent solution)  AlH3(s). With changing heat treatment conditions and crystallization condition, kinds of alane samples are prepared. These samples are characterized with powder X-ray diffraction, Scanning electron spectroscopy, Raman scattering microprobe and NMR (27Al and 1H, for the study of alane solvated solution in ether). The decomposition performances of the samples are investigated by TGA-DTA and In-situ X-ray diffraction. Among these samples, pure γ-phase alane and pure α-phase alane are obtained successfully. The heat treatment temperature and the crystallization conditions in solvent solution play very important roles in the pure γ and α phase alane preparation respectively. After the stabilization treatment, α-phase alane are well stabilized. The samples are very stable until the main decomposition. The pure α-phase alane sample is prepared with larger scale (from 2 g to 6 g) and is repeatedly synthesized successfully. It has proved this preparation method is reliable and reproducible.