Zeolite coatings on aluminium substrates for on-orbit decontamination
Zéolithisation de supports en alluminium pour la décontamination moléculaire en orbite
Résumé
In low earth orbit, global performances of satellites can be affected by contamination of critical surfaces as optical devices and detectors. On-orbit molecular contamination is due to outgassed organic pollutants emanating from spacecraft materials. One way to reduce and eliminate this phenomenon is the use of molecular adsorbents. Among them, zeolites appear to be relevant materials for contaminants retaining. Unlike common powder materials, zeolites films can also avoid the secondary dust contamination due to particles breeding and can be easily inserted in the satellite structure. As a consequence, this work deals with the synthesis of zeolite films on aluminium alloys widely used in aerospace industry for their attractive mechanical properties. When attempting to elaborate microporous films of FAU, EMT or *BEA-type zeolites selected for their relevant sorption capacities, their corrosive synthesis media dissolves the aluminium substrate. To solve this problem, a bottom layer composed of MFI-type zeolite is synthesized and acts as a protective barrier for aluminium alloys. This study is thus dedicated to the development of zeolite hybrid films composed by two different structure-type layers. Various parameters such as crystallinity, homogeneity, film thickness and adhesion between both zeolite layers and the substrates were particularly studied in order to elaborate space-qualified materials. Once calcined, the sorption capacities of these hybrid films were identical to corresponding powders. Moreover, by optimizing the calcination step, the mechanical properties of the starting aluminium alloys are kept.
Dans le domaine spatial, la contamination moléculaire est un problème important pouvant affecter considérablement la performance des instruments embarqués. Selon l’environnement thermique, certaines molécules polluantes provenant du dégazage sous vide des matériaux constitutifs des satellites viennent en effet se déposer sur les surfaces sensibles tels que les optiques et les différents détecteurs. Grâce à leur structure microporeuse organisée qui leurs confèrent de remarquables capacités d’adsorption, les zéolithes sont des solides de choix pour minimiser les risques de pollution. Les films zéolithiques offrent plus précisément l’avantage d’être directement intégrés dans la structure interne des satellites, sont légers et non pulvérulents. C’est pourquoi l’objectif de cette thèse est d’étudier la synthèse de films zéolithiques sur deux types d’alliages d’aluminium, matériaux largement utilisés dans l’industrie spatiale pour leur résistance mécanique élevée. Face aux milieux de synthèse corrosifs de certaines zéolithes, la sensibilité des substrats en aluminium a été minimisée grâce à la formation d’un film microporeux de type MFI, tandis que la couche zéolithique aux propriétés d’adsorption recherchées de type FAU, EMT ou *BEA a été synthétisée à sa surface. Cette étude propose donc l’élaboration de films hybrides contenant deux couches de zéolithes de type structural différent. Divers caractéristiques telles que la cristallinité, l’homogénéité, l’épaisseur des films et l’adhésion des différentes couches entre elles et au support ont été particulièrement étudiés. Après calcination, les films zéolithiques hybrides présentent une porosité disponible et des capacités d’adsorption de molécules organiques équivalentes à celles d’une poudre. De plus, en optimisant le traitement thermique final, les propriétés mécaniques des alliages d’aluminium de départ ont pu être conservées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)