Silver deposition on PMMA suitable for flight simulator mirrors

Since the aviation technologies have been developing during the last decades both for transport and military purposes, the pilots training has become more and more important. For this motivation, plenty of technologies have been studied and developed to simulate the flying environment in all facets. The results of this resources have led to what is now called flight simulator, a complex machine made of a cockpit mounted on a motion system, generally a hexapod, able to recreate the aircraft movement. The whole structure is surrounded by a mirror system, on which it is projected the flying view. The set-up is one of the most delicate steps because of the strict optic requirement that must be respected. A lot of technologies have been developed to realize this kind of product and the goal of this thesis work is to demonstrate the feasibility of a new spray process to deposit silver on PMMA in order to obtain high quality mirrors. This new technology to produce light weighted mirrors has been chosen for its scalability and its low cost. The selected technology is based on the silver spray deposition over a PMMA mirror panel. The process includes also a specific treatment to improve the coating adhesion and its protection from the corrosion. After the development of the coating process, the mirrors have been subjected to life time tests in order to study their durability. Regarding the adhesion, which is the most difficult parameter to manage, a Corona treatment has shown to be successful for the preparation of the plastic surface to the coating. The corrosion behavior of mirror has been tested as well and a protective silane monolayer was used to obtain the hydrophobicity of the surface, increasing this way the lifetime of the mirrors. In this thesis work, the best deposition process of silver on PMMA has been described and it could lead to a proper alternative technology for production of flight simulator mirrors.

Considerando che le tecnologie dell’aviazione si stanno sviluppando sempre più negli ultimi anni, sia per scopi militari che civili, la preparazione dei piloti è diventata sempre più importante. Per questa ragione, molte tecnologie sono state sviluppate e realizzate per simulare le condizioni di volo in tutte le loro sfaccettature. I risultati di queste ricerche hanno portato a ciò che è conosciuto oggi come simulatore di volo, una macchina complessa composta da una cabina di pilotaggio montata su un sistema di movimentazione esapode capace di simulare i movimenti dell’aereo. La struttura è circondata da un sistema di specchi sul quale è proiettata la visuale di volo e il suo set-up è uno degli step più delicati a causa dei rigorosi requisiti ottici che devono essere rispettati. Infatti, oltre alle elevate dimensioni necessarie, questi specchi devono essere quasi totalmente privi di difetti e con una riflettività maggiore del 90%. Molte tecnologie sono state sviluppate per realizzare questo tipo di prodotto ma ciascuna presenta delle limitazioni che possono essere sia tecnologiche che economiche. L’obiettivo di questa tesi è di dimostrare la fattibilità di un nuovo processo spray per depositare argento su PMMA al fine di ottenere specchi di alta qualità. Questa nuova tecnologia per produrre specchi leggeri è stata scelta per la sua scalabilità e il suo basso costo. Il processo si basa sulla metallizzazione di un substrato di PMMA, ottenuta spruzzando due soluzioni che reagiscono sulla superficie precedentemente attivata. Esso include inoltre un trattamento superficiale specifico per aumentare l’adesione del coating e un successivo trattamento di protezione dalla corrosione. Al fine di sviluppare al meglio l’intero processo di deposizione per rispettare tutti i requisiti richiesti, gli specchi sono stati analizzati con diversi metodi di misura ogni singola volta dopo la loro realizzazione, variando passo dopo passo alcune caratteristiche. Per quanto riguarda l’adesione, che rimane una delle problematiche più difficili da affrontare, il trattamento che si è dimostrato essere più efficace è il Corona treatment. Sfruttando una così detta “Corona discharge”, la bagnabilità della superficie aumenta notevolmente, portando ad un aumento finale dell’adesione per via chimica. Inoltre, data la visibile progressione dell’ingiallimento dello specchio nel tempo, è stata studiata una soluzione per aumentarne la durabilità. Il processo che più si è dimostrato efficace in questo senso è l’applicazione di un monolayer di dodecantiolo depositato in soluzione con alcol isopropilico. Il principale vantaggio portato da questo strato è l’aumento dell’idrofobicità superficiale del coating, proteggendolo cosi dall’umidità dell’ambiente e dalla conseguente degradazione. Superati gli step più critici, sono state effettuate misure di riflettività, di spessore, di rugosità e di analisi morfologica superficiale per ottimizzare al meglio il processo e per quantificare le caratteristiche di uno specchio ottenuto con un processo ideale. In particolar modo, il parametro da tener maggiormente in considerazione si è dimostrato essere lo spessore del coating, il quale non dovrebbe mai superare i 150 nm. Durante le misurazioni si è potuto capire come quest’ultimo influenzi infatti la maggior parte degli altri parametri, in particolare la riflettività e l’adesione. In questo lavoro di tesi viene perciò descritto il miglior processo ottenuto e tutti gli studi e le misure eseguiti per svilupparlo. La sua realizzazione potrebbe quindi portare a una vera e propria tecnologia alternativa per la produzione di specchi di ottima qualità e di grandi dimensioni, sopperendo ad alcuni degli svantaggi relativi alle tecnologie attualmente in uso. Gli specchi ottenuti infatti potrebbero essere impiegati non solo nel campo dei simulatori di volo, ma in qualunque applicazione che richieda specchi dalle elevate performance ottiche.