NbTi-Supraleiter sind im Allgemeinen Mehrkern-Verbundwerkstoffe (NbTi/Cu, NbTi/Cu-CuNi, mit innenliegenden Barriereschichten). Der verdrillte NbTi-Mehrkern-Verbunddraht kann die Degradation von Supraleitermagneten wirksam verhindern und trägt zu deren Stabilität bei. Daher muss gemäß der dynamischen Stabilitätstheorie von Supraleitern eine Stabilitätsauslegung für NbTi-Supraleitermaterialien durchgeführt werden.
Die Auslegung umfasst im Wesentlichen die Auswahl von Parametern wie dem Kupfer/Supraleiter-Verhältnis des Niob-Titan-Supraleitermaterials, dem Durchmesser des Kerndrahts, dem Außendurchmesser des Leiters, der Anzahl der Kerndrähte, der Verdrillungssteigung, der Barriereschicht und der Repositionierungslänge des Kabelmaterials.
Das Kupfer/Supraleiter-Verhältnis: Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist etwa vier Größenordnungen höher als die von Niob-Titan-Supraleitermaterialien. Wird Kupfer als Beschichtung für supraleitende Drähte verwendet, verhindert es nicht nur lokale Supraleitungsverluste im supraleitenden Kern, sondern dient auch als niederohmiger Bypass bei Supraleitungsverlusten. Im Hinblick auf die Stabilität und Zuverlässigkeit von Niob-Titan-Mehrkern-Supraleiterdrähten ist die Wahl eines geeigneten Verhältnisses von Kupferquerschnittsfläche zu Querschnittsfläche des supraleitenden Materials entscheidend. Das Kupfer/Supraleiter-Material-Verhältnis liegt bei herkömmlichen Drahtmaterialien typischerweise zwischen 1,3 und 2,0. Bei einem höheren Kupfer/Supraleiter-Material-Verhältnis sind die Drahtmaterialien jedoch deutlich größer.
Kerndrahtdurchmesser: Die Optimierung des Kerndrahtdurchmessers von Niob-Titan-Supraleiterdrähten ist notwendig, um die Stabilität der Wärmeisolierung zu gewährleisten. Um das supraleitende Material Niob-Titan zu stabilisieren, muss der Kerndrahtdurchmesser (d) der Formel entsprechen, wobei S die spezifische Wärmekapazität des Niob-Titan-Supraleiters (1,01 × 10⁻³ J/cm²·K) ist; T₀ = -Jc / eJc / eT ≈ 5 K; Jc die kritische Stromdichte im Arbeitsmagnetfeld ist. Nach der Berechnung sollte der Kerndurchmesser (d) des in Gleichstrom-Supraleitungsmagneten verwendeten Niob-Titans weniger als 45 μm betragen. Bei Verwendung in gepulsten supraleitenden Magneten ist der Kerndurchmesser des Niob-Titan-Supraleiters jedoch deutlich kleiner (einige Mikrometer oder sogar kleiner).
Durch Erhöhung der Leiteranzahl und des Leiterquerschnitts zur Steigerung der Stromtragfähigkeit des gesamten Leiters entsteht ein Eigenfeldeffekt, der zu einer erheblichen Leistungsverschlechterung führt. Bei Niob-Titan-Supraleitern mit hohen Anforderungen an die Stromtragfähigkeit wird der supraleitende Draht üblicherweise als vollständig gestaffeltes Mehrdrahtkabel (flache, kreisförmige usw. Sekundärleiter) ausgeführt.
Verdrillung: Unter dem Einfluss wechselnder externer Felder kommt es zu einer induzierten Kopplung zwischen den Kerndrähten supraleitender Drahtmaterialien, wodurch deren Stromtragfähigkeit reduziert wird. Um diese Verschlechterung zu kompensieren, sollten Niob-Titan-Supraleiter in axialer Richtung verdrillt werden. Nach einer 360°-Drehung eines beliebigen Punktes des supraleitenden Materials um die Mittelachse entspricht die relative Verschiebung der Verdrillungssteigung (LD). Dabei spielen zwei Aspekte eine Rolle: (1) Bei der Entwicklung von NbTi/Cu-CuNi-Mehrkern-Supraleiterdrähten aus Verbundwerkstoffen zeichnet sich die Montagehülse der Verbund-Einkernstäbe neben einem feineren Kerndurchmesser durch folgende Struktur aus: Der Kern besteht aus einem NbTi-Stab, die äußere Barriereschicht aus Niob, das äußere aus einem Cu-Ni-Legierungsrohr und das äußerste aus einem Kupferrohr. Durch die Verwendung mehrerer Montagehülsen lassen sich Zehntausende von Niob-Titan-Supraleitern mit mehreren und feinen Kernen entwickeln und herstellen. (2) Um Niob-Titan-Supraleiter mit hoher Stromtragfähigkeit zu erhalten, müssen die geeigneten Wärmebehandlungsbedingungen (Temperatur, Zeit), die Anzahl der Kalt-Wärmebehandlungs-Zyklen, die Kaltumformungsrate zwischen den Zyklen sowie die Kaltumformungsrate nach der letzten Wärmebehandlung sorgfältig geplant und bestimmt werden. Dies erfordert selbstverständlich experimentelle Untersuchungen unter Berücksichtigung der Möglichkeiten des Produktionsprozesses.
