Vergleichende Profil-und Rauhigkeitsmessungen mittels 
Weisslichtinterferometer, Rasterkraftmikroskop und 
Rasterelektronenmikroskop 
M. Marx / T. Zimmermann / W.-R. Thiele / H. Vehoff 
Lehrstuhl für Grundlagen der Werkstoffwissenschaften und Methodik, 
Universität des Saarlandes, Saarbrücken 
Einleitung 
Zur Messung von Oberflächenprofilen und Rauhigkeiten im Nano- und Mikrometerbereich stehen 
verschiedene Messmethoden zur Verfügung. Neben den bekannten Tastschnittverfahren, die bei 
weichen Oberflächen jedoch mit Einschränkungen zur Rauhigkeitsbestimmung eingesetzt werden, 
gewinnen zunehmend zerstörungsfreie Methoden wie die Rasterkraft (AFM)-, die Rasterelektronen 
(REM) -Mikroskopie und die Weisslichtinterferometrie (WLI) an Bedeutung. 
Während das AFM gute Ergebnisse im unteren Nanometerbereich liefert, jedoch ab einer 
Höhendifferenz von einigen Mikrometern nicht mehr eingesetzt werden kann, können mittels 
Stereobildpaaren im REM erst Höhenunterschiede ab mehreren hundert Nanometern gemessen 
werden, dann allerdings hin bis zu mehreren mm. Das Weisslichtinterferometer, dessen Auflösung 
ebenfalls im Nanometerbereich liegt, besitzt gegenüber dem AFM eine deutlich geringere laterale 
Auflösung. 
Es wurde untersucht in welchen Bereichen die unterschiedlichen Messmethoden übereinstimmen 
und in welchen Bereichen einzelne Methoden vorzuziehen sind. Dazu wurden vergleichende 
Messungen an Proben mit Rauhigkeiten im Bereich von einigen zehn Nanometern bis mehreren 
Mikrometern durchgeführt. 
1. Profilmessungen an Vickerseindrücke 
Die Rasterkraftmikroskopie ist mittlerweile ein Standardverfahren zur Topographieabbildung. Vor 
allem wird sie eingesetzt zur Abbildung im Nanometerbereich. Betragen die zu messenden 
Rauhigkeiten und Höhenunterschiede jedoch mehrere Mikrometer, gerät man schnell an den Rand 
des maximalen Messbereichs der Rasterkraftmikroskopie. Im Mikrometerbereich kann ein 
Höhenprofil durch Stereoaufnahmen im Rasterelektronenmikroskop (REM) ermittelt werden. Zur 
Berechnung der Höhenmodelle aus den Stereoaufnahmen ist eine dafür geeignete Software wie z.B. 
MeX der Firma Alicona, die bei den vorliegenden Arbeiten benutzt wurde, nötig. 
Es wurden vergleichende Messungen im überlappenden Messbereich von AFM und REM von 1 bis 
5 um durchgeführt. Als Testobjekte für den Vergleich wurden Vickers-Härte-Eindrücke mit 
verschiedenen Kräften in eine Nickelbasissuperlegierung eingebracht und mittels AFM und MeX 
ein 3D-Höhenprofil erstellt. Zum Vergleich wurde jeweils ein Querschnitt an der gleichen Stelle des 
jeweiligen Eindruckes betrachtet. 
Zum Vergleich der Messwerte wurden die Tiefe und Breite der Eindrücke sowie die daraus 
berechneten Winkel der Eindrücke der Vickers-Diamantspitze in der nachfolgeneden Tabelle 
zusammengefaßt (Winkel der Diamantspitze: 136° bzw 148,1° diagonal, dieser Winkel entspricht 
jedoch i. A. nicht dem Winkel des zuriickbleibenden Eindrucks). Die Ubereinstimmung der Daten 
ist sehr gut, das AFM-Profil ist glatter, die absoluten Größen werden allerdings von beiden 
Messverfahren gut bestimmt. 
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