Industriell bezeichnet man mit Niob-Titan-Legierungsfolie (NbTi-Legierungsfolie/-streifen) im Allgemeinen Streifen oder Folien mit einer Dicke von ≤ 0,1 mm (ultradünne Folien erreichen 0,02–0,05 mm). Diese werden durch Präzisionswalzen einer binären Nb-Ti-Legierung (typischerweise Nb-46,5 Gew.-% Ti oder Nb-47 Gew.-% Ti, d. h. etwa 50/50 Gewichtsverhältnis, manchmal auch als NbTi50 abgekürzt) als Basismaterial hergestellt.
NbTi-Folie ist ein präzisionsgefertigtes Produkt aus hochschmelzenden Metalllegierungen. Ein typischer Prozessablauf ist wie folgt: 1. Legierungsschmelzen (Barrenherstellung): Hochreine Niobstäbe/-blöcke werden mit hochreinem Titan in einem festgelegten Verhältnis (üblicherweise 46–48 Gew.-% Ti) mittels Vakuumlichtbogenschmelzen (VAR) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM) vermischt. Im Allgemeinen sind 2–3 Schmelzvorgänge erforderlich, um eine gleichmäßige Zusammensetzung zu gewährleisten und O/N/C-Verunreinigungen zu reduzieren (ein O-Gehalt von < 100 ppm ist erforderlich, um Tieftemperaturversprödung zu vermeiden). 2. Warmumformung: Der Block wird unter Vakuum oder Schutzgasatmosphäre bei ca. 900–1100 °C warmgeschmiedet/warmextrudiert und anschließend auf eine Dicke von wenigen Millimetern zu einem warmgewalzten Blech/Band warmgewalzt. Dadurch wird die Gussstruktur aufgebrochen und das Korn verfeinert. 3. Nach dem Beizen der warm-/kaltgewalzten Folien zur Entfernung der Oxidschicht werden diese mehrfach kaltgewalzt. Jeder Walzstich hat einen Umformgrad von 5–15 %. Sobald die Gesamtverformung 50–70 % erreicht, ist eine Zwischenglühung (Vakuumglühen, 700–900 °C, Haltezeit von einigen Minuten bis zu mehreren Stunden) erforderlich, um Kaltverfestigungen zu beseitigen. Durch wiederholte Walz- und Glühzyklen wird die Folie schließlich auf die gewünschte Dicke (üblicherweise 0,03 mm, 0,05 mm, 0,1 mm) und eine Breite von 100–300 mm reduziert. Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung des Endprodukts: Abschließende Rekristallisationsglühung: Vakuum oder Argon hoher Reinheit, 800–950 °C, um eine gleichmäßige Rekristallisationsstruktur zu erzielen und so Tieftemperaturplastizität und supraleitende Eigenschaften zu gewährleisten. Anschließend wird die Oberfläche gebeizt (HF+HNO₃-System) oder elektrolytisch poliert, um die Oxidschicht zu entfernen und eine glänzende oder matte Oberfläche (Ra < 0,5 μm) zu erhalten. Zum Schutz vor Oxidation werden die Teile anschließend zugeschnitten und vakuumverpackt. Wichtige Punkte der Qualitätskontrolle: Abweichung der chemischen Zusammensetzung innerhalb von ±0,5 Gew.-%; strenge Kontrolle von Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlenstoffverunreinigungen (die die Tieftemperaturzähigkeit und die kritische Stromdichte beeinflussen); Dickentoleranz typischerweise ±5 % bis ±10 %, überwacht durch Ultraschall- oder Röntgendickenmessung.
Supraleitende Magnetkomponenten – Hauptanwendungen: MRT-Magnete Mit NbTi-Supraleiterdrähten (hergestellt aus in Kupferverbundmaterial gezogenen NbTi-Stäben) gewickelte Solenoidmagnete erzeugen starke Magnetfelder von 1,5 T/3,0 T. NbTi-Folie selbst kann als experimentelle Probe, Übergangsverbindungsschicht oder als Hilfsschicht für die Stromzuführung bei niedrigen Temperaturen in Teilchenbeschleunigern/Synchrotronstrahlungsanlagen eingesetzt werden. Der Large Hadron Collider (LHC) und die Shanghai Synchrotron Radiation Facility verwenden NbTi-Mehrkern-Supraleiterspulen. NbTi-Folie wird für Zwischenlagen in Magneten, Ausgleichsplatten für niedrige Temperaturen oder Prototypen von supraleitenden Bändern in Laborqualität verwendet. Die Umfangs-/Poloidalfeldmagnete der Anlage verwenden NbTi-Supraleiterdrähte. NbTi-Folie kann als Tieftemperatur-Abschirmschicht, als Verstärkungsfolie für Magnetenden oder als Substrat für die Forschung an supraleitenden Bändern eingesetzt werden.
Im Zwischenschritt der Herstellung supraleitender Verbunddrähte/-bänder wird NbTi zunächst zu einer 0,1–0,3 mm dicken Folie ausgewalzt, um supraleitende Drähte vom Typ „künstlich fixiertes Zentrum“ (APC) herzustellen. Diese Folie wird dann abwechselnd mit reiner Nb-Folie um einen Nb-Stab geschichtet und gewickelt. Abschließend wird eine Cu-Hülle eingeführt, extrudiert und gezogen, um einen α-Ti-phasenverstärkten supraleitenden Verbunddraht zu formen. Dies ist die markanteste Anwendung von NbTi-Folie als „Halbfertigprodukt“ – sie wird nicht direkt als Endprodukt verwendet, sondern dient als entscheidende Vorstufe zur Verbundverarbeitung. Anwendungen finden sich in der Tieftemperaturelektronik und in supraleitenden Bauelementen: SQUID-Steckverbinder/Übergangsverbindungen nutzen den minimalen Widerstand und die gute mechanische Leitfähigkeit von NbTi bei 4,2 K. Weitere Anwendungsgebiete sind Substrate oder Verbundtargets für supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPD).
