Development of a lightweight carbon fiber mirror for infra-red applications

Infra-red technologies are widely used for image acquiring. The mechanical and optical characteristics of the mirror used in some of these technologies, plays a fundamental role for the quality of the acquired signal. Nowadays the mostly used material to produce these supports are aluminum and silica carbide. The material removal technology used for the creation of these components generate some dimensional stability problem. In this work it is explored the possibility to use composite materials to enhance the stiffness and weight of the mirrors. It is analyzed the replica technique in which you try to reproduce the support surface on which the composite is laminated on. Problems regarding hydrothermal ageing, humidity absorption, stiffness of the component and the creation of an adequate reflective surface are analyzed. In order to asses that, numerical techniques are utilized to design the laminate and to verify its stiffness. It is also studied the possibility to metallize the component to create an adequate reflective surface, and to asses if the coating modifies the characteristics of humidity absorption. The replica technique has shown good results regarding the quality of the surface obtained. The performed analysis has shown how the composite materials, in particular carbon-epoxy, are a suitable option for the production of mirrors for infra-red application, in addition it turned out that the metallization modifies the humidity absorption behavior of the composite materials. It is possible to think at a future application of these materials in this field.

Le tecnologie ad infrarosso sono largamente utilizzate nel campo dell’acquisizione di immagini. Le caratteristiche ottiche e meccaniche degli specchi impiegati in alcune applicazioni di questa tecnologia ricoprono un ruolo fondamentale per la qualità di acquisizione dei segnali. I materiali principalmente utilizzati fino ad oggi per la realizzazione di questi supporti sono l’alluminio e i carburi di silicio. Le tecnologie di asportazione del materiale, utilizzate per le lavorazioni di questi componenti, presentano problematiche legate alla stabilità dimensionale. In questo lavoro si esplora la possibilità di utilizzare i materiali compositi per migliorare le caratteristiche di rigidezza e peso degli specchi. Viene in particolare analizzata la tecnica della replica nella quale si tenta di riprodurre la superficie di supporto sulla quale viene laminato il composito. Vengono inoltre analizzati i problemi riguardanti l’assorbimento di umidità da parte del composito, la rigidezza del componente e la creazione di una superficie adeguatamente riflettente. Per verificare ciò vengono utilizzate tecniche numeriche per la progettazione del laminato e per la verifica della sua rigidezza. Viene inoltre studiata la possibilità di metallizzare il componente per la creazione di una superficie adeguatamente riflettente e per l’analisi di assorbimento di umidità. La tecnica di replica ha mostrato risultati promettenti, per la qualità della superficie ottenuta. Le analisi effettuate hanno mostrato come i materiali composti, nello specifico laminati carbon-epoxy, sono una valida alternativa ai materiali metallici per la realizzazione degli specchi per applicazione infrarosse; inoltre è stato possibile osservare come la metallizzazione giochi un ruolo nel modificare le caratteristiche di assorbimento di umidità dei materiali compositi. È quindi possibile pensare ad una futura applicazione in questo campo.