Die Niob-Legierung C103 (Niob C103) ist eine typische Hochtemperatur-Legierung auf Niobbasis, die hauptsächlich aus Nb-10Hf-1Ti (Niob-10% Hafnium-1% Titan) besteht. Aufgrund seiner ausgezeichneten Hochtemperaturfestigkeit, guten Duktilität, geringen Dichte sowie guten Bearbeitbarkeit und Schweißbarkeit findet die Legierung C103 breite Anwendung in Triebwerken der Luft- und Raumfahrt, Raketenantrieben und Strukturbauteilen für extrem hohe Temperaturen.
Mit der Entwicklung der additiven Fertigung (AM) von Metallen hat sich Niob-Draht C103 zu einem wichtigen Werkstoff für den Hochtemperatur-3D-Metalldruck entwickelt. Er eignet sich besonders für die Herstellung komplexer Strukturen, die geringes Gewicht, hohe Zuverlässigkeit und Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen erfordern. Der 3D-Druck von Niob-C103-Draht erfolgt hauptsächlich mittels drahtbasierter additiver Fertigung, wobei Metalldraht als Rohmaterial dient. Der Metalldraht wird durch eine Wärmequelle Schicht für Schicht geschmolzen und entsprechend dem Pfad eines digitalen Modells Schicht für Schicht aufgetragen, wodurch schließlich eine komplexe dreidimensionale Struktur entsteht.
Zu den gängigen Technologien gehören: Laser-Draht-Auftragschweißen (LWAM), Elektronenstrahl-Draht-Auftragschweißen (EBAM), Lichtbogen-Draht-Auftragschweißen (WAAM) und andere Hochenergie-Strahlauftragstechnologien. Im Vergleich zu traditionellen Bearbeitungsverfahren kann der 3D-Druck Materialverschwendung reduzieren und komplexe Strukturen erzeugen, die mit konventionellen Methoden schwer zu realisieren sind. Niob C103 zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften bei extrem hohen Temperaturen aus. Der wichtigste Grund für die Wahl von C103 als 3D-Druckmaterial ist seine Fähigkeit, auch unter extremen Temperaturbedingungen hohe mechanische Eigenschaften beizubehalten.
In Raketentriebwerken und Luft- und Raumfahrtantriebssystemen sind Brennkammern, Düsen und Hotend-Strukturen folgenden Belastungen ausgesetzt: Erosion durch extrem heiße Abgase, schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen, enorme thermische Spannungen und der Aufprall von Hochgeschwindigkeitsluftströmen. Herkömmliche metallische Werkstoffe neigen unter solchen Bedingungen zu: schnellem Festigkeitsverlust, Kriechverformung, Schmelzen oder Versagen.
Niob C103 hingegen ist eine hochschmelzende Metalllegierung mit einem Schmelzpunkt von ca. 2400 °C oder höher und behält auch bei Temperaturen über 1000 °C eine gute Strukturstabilität. Daher eignet sich C103 besonders für die Herstellung von Hochtemperaturbauteilen, für die herkömmliche Werkstoffe nicht ausreichen.
Niob (C103) zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Festigkeitserhaltung bei hohen Temperaturen aus. Die größte Herausforderung für metallische Werkstoffe bei hohen Temperaturen ist der Festigkeitsverlust. So verlieren beispielsweise Aluminiumlegierungen bereits bei niedrigen Temperaturen schnell an Festigkeit; Titanlegierungen eignen sich typischerweise für mittlere Temperaturen; und Nickelbasis-Superlegierungen sind zwar hitzebeständig, weisen aber eine hohe Dichte auf. C103 wird durch die Zugabe von Hafnium (Hf) und Titan (Ti) verstärkt.
