Im Bereich der additiven Fertigung (3D-Druck) werden Niob C-103-Filamente und -Pulver intensiv als wichtiges Hochtemperaturmaterial erforscht und finden praktische Anwendung in zukunftsweisenden Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt. Ein wesentlicher Unterschied: C-103-Filament eignet sich für die drahtgeführte gerichtete Energiedeposition (Elektronenstrahl-Filamentauftrag (EB-DED), Lichtbogen-Additive Fertigung (WAAM) und Laser-Filamentauftrag (L-DED)), während das gebräuchlichere C-103-Pulver für das Pulverauftragsschweißen (L-PBF) verwendet wird. Die Rohmaterialformen, die Ausrüstung und die Anwendungsszenarien sind völlig unterschiedlich.
Dieses Material wird hauptsächlich zur Herstellung von Bauteilen verwendet, die extremen thermischen Bedingungen standhalten müssen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Verteidigungsindustrie: Raketen- und Flugkörpertriebwerke – seine Hauptanwendung. C-103 wird zur Herstellung von Hochtemperaturbauteilen wie Brennkammern und Düsenverlängerungen von Flüssigkeitsraketentriebwerken sowie Raketenspitzen verwendet. Es findet auch Anwendung in Lageregelungstriebwerken für Raumfähren und Satelliten. Hyperschallfahrzeuge: Bei Flügen mit über Mach 5 kann die Oberflächentemperatur des Flugzeugs aufgrund aerodynamischer Erwärmung 3000 °C erreichen. C-103 wird zur Herstellung der Vorderkante der Raketenspitze, von Strukturbauteilen des Hitzeschutzsystems usw. verwendet, wobei seine thermische Stabilität zur Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität genutzt wird.
Laser-Pulverbettfusion (L-PBF): Untersuchungen nationaler Labore und anderer Institutionen zeigen, dass mit L-PBF hergestellte C-103-Bauteile eine relative Dichte von über 99,89 % erreichen und ihre mechanischen Eigenschaften mit denen traditioneller Schmiedewerkstoffe vergleichbar sind. Lasergetriebene gerichtete Energiedeposition (LWDED): Um die Schwierigkeiten bei der Pulverherstellung und die geringen Ausnutzungsraten zu überwinden, hat sich diese Technologie etabliert, die eine nahezu 100%ige Materialausnutzung erzielt. Untersuchungen haben ergeben, dass die Streckgrenze die Norm ASTM B654 um mehr als 10 % übertreffen kann. Wichtigste Herausforderungen und Lösungen: Die Hochtemperatur-Oxidation stellt die größte Herausforderung beim Drucken mit C103 dar. Das in der Legierung enthaltene Hafnium (Hf) reagiert bei hohen Temperaturen mit Sauerstoff und bildet Hafniumoxid (HfO₂)-Partikel. Untersuchungen haben jedoch auch gezeigt, dass eine geeignete Menge dieser feinen Oxiddispersion sogar einen verstärkenden Effekt haben kann. Daher muss der Druckprozess unter Vakuum oder unter Schutzgasatmosphäre (hochreinem Inertgas) durchgeführt werden.
Die Leistungsvorteile sind bestätigt: C103 behält seine Festigkeit bei Temperaturen über 1200 °C – ein entscheidender Vorteil gegenüber Nickelbasis-Superlegierungen (die typischerweise bei 1050 °C ihre Festigkeitsgrenze erreichen). Jüngste Forschungsergebnisse zeigen, dass 3D-gedrucktes C103 selbst bei Temperaturen bis zu 1400 °C noch eine beachtliche Zugfestigkeit aufweist und seine Hochtemperatur-Kriecheigenschaften intensiv untersucht werden.
Insgesamt stellen Niob-C-103-Filamente (und deren Pulver) eine hochspezialisierte und vielversprechende Richtung in der additiven Fertigung dar. Durch das Überschreiten der Temperaturgrenzen von Nickelbasislegierungen entwickelt es sich zu einem strategischen Werkstoff für die Herstellung wichtiger Heißendkomponenten für Raketentriebwerke der nächsten Generation, Hyperschallfahrzeuge und weitere Anwendungen. Die größte Herausforderung besteht in der effektiven Kontrolle der Oxidation während des Druckprozesses – ein Engpass, der durch Prozessoptimierung (wie z. B. LWDED) und durchgängigen Schutz unter Inertgasatmosphäre schrittweise behoben wird.
