Il processo di lavorazione dei metalli si è concentrato molto sui vantaggi del riscaldamento a temperature elevate, come la dilatazione termica, la duttilità e la flessibilità, ma solo negli ultimi decenni è stato possibile apprezzare le proprietà del raffreddamento estremo.
Il fenomeno della superconduttività avviene quando alcuni tipi di metalli vengono raffreddati a temperature critiche molto basse: questo processo permette di ottenere una conducibilità elettrica incredibilmente superiore rispetto a quella dei metalli tradizionali.
Che cosa sono i metalli superconduttori?
I superconduttori sono una classe di materiali che presentano una resistenza elettrica praticamente nulla se raffreddati a temperature estremamente basse. Questo fenomeno, evidenziato per la prima volta nel 1911 dal fisico Heike Kamerlingh Onnes, è stato osservato negli anni in un’ampia gamma di materiali (sia metallici che non metallici).
La superconduzione si verifica raffreddando un metallo a temperature estreme (di poco sopra gli 0 gradi Kelvin), con un conseguente cambiamento nella struttura atomica: gli elettroni riescono a muoversi attraverso il materiale senza disperdersi o perdere energia.
Nello specifico, questo cambiamento di fase porta ad ottenere una resistenza elettrica praticamente inesistente, che permette ai materiali superconduttori di condurre un flusso ininterrotto di corrente elettrica senza subire perdite di energia o di calore.
È facile intuire come i circuiti composti da superconduttori possano durare diversi anni senza subire il deterioramento dei sistemi tradizionali, i quali devono essere sostituiti frequentemente a causa dell’usura data dalla dispersione del calore. Per questo, i metalli superconduttori hanno catturato l’attenzione della comunità scientifica globale per il loro potenziale, che permetterebbe di rivoluzionare diversi campi dall’elettronica alla sanità.
Dove e come sono applicati i superconduttori?
A causa delle temperature di funzionamento estremamente basse richieste per la superconduttività, al giorno d’oggi è ancora difficile realizzare un’ampia gamma di progetti, teoricamente possibili, che coinvolgono i materiali superconduttori.
Nonostante ciò, i numerosi studi sulla superconduttività hanno permesso di sviluppare alcune applicazioni pratiche d’uso comune, con metalli a temperature critiche elevate di cui:
- Niobio (Nb): il superconduttore più utilizzato grazie ad una temperatura critica particolarmente alta (9,25 K). Possiede un campo magnetico critico più elevato di altri superconduttori, soprattutto se legato a materiali come stagno e titanio.
- Alluminio (Al): è considerato un metallo superconduttore eccellente per la sua leggerezza e malleabilità, in particolare nella produzione di cavi e componenti per la conduzione elettrica ad alta potenza (centrali elettriche e grandi fabbriche).
I metalli superconduttori sono ad oggi impiegati in settori di nicchia dell’elettronica e della medicina, sotto forma di cavi e magneti per acceleratori di particelle, macchine per risonanza magnetica (MRI), dispositivi elettrici ad alta sensibilità, sistemi per la ricerca scientifica e applicazioni che necessitano di campi magnetici ad elevatissima intensità.
Le caratteristiche uniche di conducibilità rendono i superconduttori particolarmente interessanti nei settori della levitazione magnetica e della mobilità elettrica, della computazione quantistica, della fusione nucleare e del trasporto aerospaziale.
La laminazione dei metalli superconduttori
Per la realizzazione di numerosi componenti superconduttori, la laminazione a freddo dei metalli può essere utilizzata per ridurre in modo definito e controllato lo spessore del materiale in ingresso, adattandolo alle successive fasi produttive.
Nel caso dei fili superconduttori, impiegati ad esempio nelle macchine di imaging medico, la laminazione a freddo consente di ridurre efficacemente la sezione del filo in modo da non rompere o danneggiare i filamenti interni, mantenendo inalterata la capacità superconduttrice e la struttura cristallina del materiale senza farlo riscaldare.
La gamma di macchinari INVIMEC per l’industria comprende soluzioni efficaci e di comprovata esperienza per la lavorazione a freddo dei metalli superconduttori: treni di laminazione e laminatoi a filo specificatamente progettati per metalli e leghe superconduttrici a base di niobio, alluminio, stagno e titanio, per citarne alcuni.
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