表面积增加
在散装物料和粉末的背景下，表面积增加是指固体物质的粉碎。通过粉碎，粗大的固体物质被转化为大量较小的颗粒。随着颗粒尺寸的减小，比表面积（即相对于固体物质质量而言的自由可接触表面积）会增加。
粉碎可以在干法或湿法下进行。干法粉碎不使用液体介质。湿法粉碎中，颗粒悬浮在液体中。粉碎工艺的选择取决于材料、目标细度以及工艺技术边界条件。
有许多类型的机器可用于粉碎固体。其中包括块状破碎机、冲击式颚式破碎机、辊式粉碎机、摩擦式粉碎机、锤式粉碎机、气流粉碎机、滚筒式粉碎机、球磨机、搅拌式球磨机、振动式粉碎机、针式粉碎机、切割式粉碎机、盘式粉碎机、行星式球磨机、解聚机和分级机。这些工艺在施加力的方式上有所不同，例如通过压力、冲击、碰撞、剪切或摩擦。
凝结是一种特殊的固体粉碎形式。在此过程中，熔融金属产生的蒸汽或气溶胶被快速冷却，从而形成固体纳米颗粒。金属熔体的喷雾，例如通过气体雾化，也是一种增加表面积的方法。此类工艺用于生产具有特定颗粒尺寸的金属粉末。另一种方法是热解，通过该方法可生产出纳米结构的黑色颜料。
产生的颗粒的几何形状取决于原料和粉碎机制。颗粒可以接近球形。它们可以是不规则的、棱角分明的、尖锐的或碎片状的。结晶固体通常呈现多面、类似晶体的形状。这些特性会影响粉末的流动性、堆积密度、可混性和反应性。
表面积的增加导致固体颗粒尺寸越小，其效果越强。这在颜料中表现得尤为明显。极少量的精细研磨颜料就足以对大量粉末、塑料或纺织品进行强烈的着色。着色效果直接取决于颜料颗粒的自由表面积。
随着细度的增加，颗粒之间的粘附力也会增加。因此，非常细的粉末极易发生团聚。来自高性能和工程陶瓷的纳米级干陶瓷粉末，其粘性与事先润湿的粗粉相似。一旦这些颗粒相互相对运动，就会形成团聚体。如果这些团聚体由纳米级初级颗粒组成，则可能具有很高的机械强度。
此类团聚体可在 amixon® 公司的高性能混合机中有效地进行解聚，特别是在需要将纳米粉末与其他粉末成分同时均匀混合的情况下。此外，还可以在研磨设备（例如气流磨）中进行解聚。
粉碎与表面积增加之间的关系可以通过几何学来说明。起点是一个边长为 L 的规则形方柱体。其体积为 L³，表面积为 6·L²。如果将方柱体在粉碎过程中沿三个空间方向均分为两半，就会产生八个边长为 L/2 的相同大小的方柱体。
经过 n 次粉碎步骤后，颗粒数量为
N(n) = 8ⁿ
单个颗粒的表面积为
A₁(n) = 6·(L/2ⁿ)²
所有颗粒的总表面积为
A₍ges₎(n) = N(n) · A₁(n) = 6·L²·2ⁿ
因此，颗粒数量随着粉碎步骤的增加而呈指数增长。总表面积也呈指数增长，但增长幅度较小。因此，在图形表示中，对纵坐标进行对数缩放比较合理。
这些几何和能量方面的考虑清楚地表明了粉碎过程对粉末的物理和化学特性产生了多大的影响。医疗活性物质可以更好地与生物系统相互作用。通过烧结最精细的粉末，可以产生新的高性能材料，例如用于电化学、高温技术、超导、光电子学、传感器技术、通信技术或能源生产等领域。
粉碎所需的能量消耗E 很高。它取决于粉碎程度。为描述这种关系，粉碎技术中确立了三条经典的能量定律。
里廷格定律认为，能量需求与新形成的表面积成正比。它特别适用于精细和超精细粉碎。具体能耗为
Eₛ = KR · (1/d₂ − 1/d₁)
- d1：特征初始颗粒尺寸，d2d_2d2：最终颗粒尺寸（例如 d80 或 d50）
- KR：材料/工艺常数
Kick定律将能耗描述为粉碎比的函数。它特别适用于粗粉碎。该定律假设颗粒具有几何相似性。具体能耗为
Eₛ = KK · ln (d₁/d₂)
邦德定律适用于中等粉碎程度。该定律是两种方法之间的实用折衷方案，常用于中等粉碎领域。该定律考虑了能耗与颗粒尺寸平方根之间的关系。具体能耗为
Eₛ = KB · (1/√d₂ − 1/√d₁)
- d1 是进料的特征颗粒尺寸
- d2 是研磨产品的特征颗粒尺寸
在工业实践中，邦德定律通常以邦德功指数的形式使用。其中使用了特征颗粒尺寸，例如进料 F₈₀ 和产品 P₈₀ 的 80% 通过率。常用的邦德方程式为
Es = 10 · Wi · (1 / √P80 − 1 / √F80)
- F80：80% 的进料颗粒小于该粒度的粒度
- P80：80% 的产品颗粒小于该粒度的粒度
- Es 以 kWh/t 为单位
- Wi = 邦德功指数（材料特定常数）
- F80、P80 以微米为单位
然而，纳米级细粉也会产生不良影响。轮胎磨损或微塑料颗粒可能会污染呼吸空气和饮用水。当外来物质以纳米颗粒或纳米结构形式存在时，人体自身的保护机制只能有限地抵抗它们。