Oberflächentopographie

Oberflächentopographie bezeichnet die dreidimensionale Form einer Oberfläche im Mikro- bis Nanobereich und umfasst Rauheit, Welligkeit, Textur sowie feine Merkmale wie Gruben, Kratzer oder Furchen. Sie beschreibt, wie eine Oberfläche räumlich aufgebaut ist und wie dieses Profil die Funktion, das Verhalten und die Lebensdauer eines Bauteils beeinflusst.

Zur Erfassung der Oberflächentopographie stehen kontaktbasierte und berührungslose Messverfahren zur Verfügung. Kontaktprofilometrie verwendet eine Tastspitze, die über die Oberfläche fährt und Höhenprofile aufzeichnet. Nicht-kontaktbasierte Methoden umfassen optische Profilometrie (Weißlicht- oder Phasenverschiebungsinterferometrie), konfokale Mikroskopie, Rastersondenmikroskopie (AFM, STM) sowie SEM-basierte Oberflächenrekonstruktion. Für große Flächen kommen messtechnische Ansätze wie interferometrische oder streulichtbasierte Systeme zum Einsatz.

Aus den gemessenen Höhenfeldern ergeben sich quantitative Größen. Areale Oberflächenparameter nach ISO 25178 wie Sa, Sq, Sz, Sp, Sv oder geometrische Verteilungen (Höhenwahrscheinlichkeit, Rz-like Größen) werden neben profilbasierten Größen nach ISO 4287/4288 wie Ra, Rq oder Rz verwendet. Typische Größenordnungen reichen von Nanometern bis Mikrometern, je nach Verfahren und Material.

Anwendungsbereiche der Oberflächentopographie reichen von der Fertigungs- und Werkstofftechnik über Tribologie (Reibung, Verschleiß) und Oberflächenbeschichtungen bis hin zu Halbleitertechnologie, Medizintechnik und Geowissenschaften. Die Topographie beeinflusst Haftung, Schmierfilme, Korrosionsverhalten sowie die Interaktion mit fluiden oder biologischen Systemen.

Standards und Normen unterstützen Vergleichbarkeit, etwa ISO 4287/4288 für Profilrauheit und ISO 25178 für areale Oberflächenrauhheit. Fortschritte in der Oberflächentopographie umfassen höhere Auflösung, größere Messflächen, In-situ- bzw. in-betrieb Messungen und fortgeschrittene 3D-Rekonstruktion sowie bessere Datenauswertung und Standardisierung.