Grundlegende Definitionen und Legierungssystem: Niob-Titan-Legierungsrohre sind nahtlose/geschweißte Tieftemperatur-Supraleiter mit einer Nb-Ti-Mischkristallmatrix. Die kommerzielle Standardzusammensetzung beträgt 47–49 Gew.-% Ti (Nb53Ti47) und ist der einzige weltweit in Serie gefertigte praktische Supraleiter vom Typ II. Zwei Hauptanwendungen: Rohlinge für supraleitende Mehrkern-Verbunddrähte (Hauptanwendung, NbTi-Rohre werden mit Kupferstäben gefüllt, extrudiert und gezogen); Spezielle Tieftemperatur-Supraleiterschaltungen, magnetische Abschirmung, supraleitende Leitungen für den Transport von flüssigem Helium, NMR-Sondenskelette, Bündelröhren für die Hochenergiephysik und andere direkt drucktragende/stromleitende supraleitende Komponenten.
Mikroskopischer Mechanismus der Supraleitung (BCS + Flussverankerung im Typ-II-Supraleiter): Nullwiderstandseffekt (BCS-Theorie): Unterhalb der kritischen Temperatur Tc werden die Gitterschwingungen deutlich reduziert, und Elektronen bilden durch Phononenanziehung Cooper-Paare. Cooper-Paare weisen keine Streuung und keinen Energieverlust auf und zeigen makroskopisch einen Gleichstromwiderstand von null und keine Joulesche Wärmeverluste beim Stromfluss.
Die interne magnetische Flussdichte B = 0 im perfekt diamagnetischen supraleitenden Zustand isoliert effektiv externe Streufelder. NbTi-Rohre können direkt als supraleitende magnetische Abschirmzylinder für niedrige Temperaturen eingesetzt werden, um Störungen durch Kernspinresonanz (NMR) und Streufelder von Beschleunigern abzuschirmen.
Typ-II-Supraleiter-Flusswirbel- und Verankerungskern (NbTi-Supraleiter-Engineering-Kern). NbTi gehört zu den Supraleitern des Typs II und besitzt zwei kritische Magnetfelder: das untere kritische Feld Bc1, ein extrem niedriges Magnetfeld, das im Inneren vollständig diamagnetisch ist, und das obere kritische Feld Bc2, das Magnetfeld, bei dem die Supraleitung ausfällt. Wenn Bc1 < B < Bc2, durchdringt das Magnetfeld das Material als quantisierte Flusswirbel; bewegen sich die Wirbel frei, tritt Widerstand (Quench-Ausfall) auf. Durch großflächige Kaltverformung und Tieftemperaturalterung bilden sich in NbTi-Rohren zahlreiche Nano-α-Ti-Ausscheidungen (10–50 nm), Versetzungen und Korngrenzen. Diese wirken als magnetische Flussverankerungszentren und fixieren die Flusswirbel, wodurch der Transport extrem hoher Ströme unter starken Magnetfeldern ermöglicht wird. Dies ist der Hauptgrund für die Überlegenheit von NbTi gegenüber reinem Niob.
Kritische Übergangstemperatur Tc von Standard-Nb53Ti47: 9,2–9,6 K (-263,5 °C). Übergangsbreite hochwertiger Rohre < 0,1 K, steiler Übergang, hohe Tieftemperaturstabilität. Betriebsbedingungen: Eintauchen in flüssiges Helium (4,2 K) oder superfluides Helium (1,8–2 K). Oberhalb von 9,6 K verlässt das Material direkt den supraleitenden Zustand.
