Synthesis, stability and properties of TNO's aluminum hydride

In this work the properties and the characteristics of aluminum hydride were studied comparing a material prepared at TNO and a sample of Russian aluminum hydride, obtained from an informal source. The latter was an industrially produced material, so on large scale and is used in real applications. The TNO’s material was instead at a laboratory scale and was synthetized using a procedure created by Dr. Zevenbergen, subsequently slightly improved during this work, although the result is not perfect yet. The two materials were tested in parallel in several experiments to define first their own properties, then their performance in harsh enviromental conditions and during storage; finally the compatibility of aluminum hydride with the main ingredients of a propellant was studied in order to evaluate the possible applications of alane in rocketry. The performed experiments allowed to understand several properties typical of aluminum hydride and some others which are possible to obtain through particular treatment of alane as for the Russian material. The comparison of the results obtained by the two batches will also define the quality of the Dutch material respect to the Russian one, surely more advanced. This is particularly true for the thermal stability of the two aluminum hydrides, with the Russian material being much less sensitive to enviromental conditions, while compatibility tests show full compatibility with the most important binders and oxidizers for both the investigated samples, allowing the usage as powering fuel in a solid rocket propellant.

In questo lavoro sono state analizzate le caratteristiche di due differenti qualità di idruro di alluminio nell’ottica di un possibile utilizzo di questo materiale come additivo energetico nella produzione di propellenti solidi per endoreattori. Il primo idruro di alluminio, facente da riferimento, è un campione di alano di origine Russa ottenuto da una fonte informale negli Stati Uniti d’America. Questo materiale è di produzione industriale ed è stato utilizzato in ambito militare proprio in propellenti solidi; in particolare sono da sottolineare le capacità di resistenza nel tempo e alle condizioni ambientali della polvere che lo rendono praticamente utilizzabile in applicazioni reali. A confronto è stato analizzata una polvere di idruro di alluminio prodotta al TNO seguendo una procedura sviluppata dal Dr. Zevenbergen. La tecnica di sintesi è stata inoltre leggermente affinata, sebbene non sia ancora sufficientemente robusta ed il risultato non ancora perfetto. Una volta prodotto l’idruro di alluminio sono state svolte delle analisi comparative sulle due polveri per definirne le caratteristiche principali, quali la temperatura di deidrogenazione e la purezza del campione. In seguito è stata effettuata una simulazione di storabilità in condizioni ambientali sfavorevoli di temperatura e umidità. Da questo test emerge chiaramente il maggiore sviluppo del materiale di origine Russa, in grado di non subire variazioni apprezzabili durante l’esperimento, al contrario di quanto avvenuto per il materiale Olandese. In conclusione, per determinare se il materiale prodotto al TNO è utilizzabile in ambito propulsivo, sono stati svolti dei test di compatibilità con i maggiori ingredienti per propellenti solidi, ossidanti e combustibili. Tali esperimenti hanno definito che entrambi gli alani non presentano alcuna incompatibilità. In definitiva questo lavoro stabilisce il grado di avanzamento della polvere di idruro di alluminio prodotta in via sperimentale al TNO rispetto ad un materiale di eccellente qualità come quello Russo. L’alano prodotto richiede un lavoro di irrobustimento della tecnica produttiva, che in futuro dovrà adattarsi anche per includere procedure di cristallizzazione controllata e ricopertura superficiale, specialmente con l’obiettivo di incrementare la stabilità della polvere; la compatibilità con ossidanti e combustibili non è invece un aspetto critico dell’alano, aspetto che comunque richiederà ulteriori indagini con un campione definitivo.