CN101687153A - 通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于设备的组件 - Google Patents

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权克明
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Abstract

本发明公开了一种通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于所述设备的组件。在一个实施方案中，所述设备包括具有诸如孔口(32)组件的元件(30)的混合和/或气穴室(22)，所述元件邻近气穴室的进口定位。所述设备还可包括诸如刀状叶片的叶片(60)，所述叶片与孔口组件相对地设置在混合和/或气穴室的内部。在此类实施方案的一个变型中，围绕孔口的孔口组件的至少一些部分和/或叶片由具有大于或等于约20GPa的维氏硬度的一种或多种材料制成。本文还设想了一种通过在流体中产生剪切和/或气穴进行混合的方法。

Description

通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于设备的组件
发明领域
本发明涉及通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于所述设备的组件。
发明背景
气穴是指在液体的未填充空间内形成部分真空的方法。这可用许多方式实现，例如通过使用快速移动的实心体(作为叶轮)、水力方式、或者通过高频音波。
用于产生气穴的设备和方法描述于美国专利公开3,399,031；4,675,194；5,026,167；和5,837,272中。一种用于产生水力气穴的特定设备已知为
Figure G2008800224753D00011
高压匀化器，其由Sonic Corp.，Stratford，CT，U.S.A制造。高压匀化器引导液体受压通过孔口进入到其内具有刀状叶片的室内。使液体对准叶片，并且液体对叶片的作用使得叶片在声波或超声波频率下振动。这在液体中叶片周围的区域内产生水力气穴(hydrodynamic cavitation)。
Figure G2008800224753D00013
高压匀化器已在化学、个人护理、医药和食品饮料工业中应用多年，并且已用作在线系统、单口或多口进料以即刻产生细小、均匀且稳定的乳液、分散体和共混物。
然而，已发现尽管此类高压匀化器在某些压力下工作良好，但是此类设备的应用在某些压力之上(例如，大于或等于约1,000psi(约7×106帕斯卡))受到限制，尤其是当在此类压力下连续运转时。受限的使用是由于高的叶片磨损和腐蚀。如果液体包含固体，尤其是固体结晶，则叶片磨损甚至会在较短的时段内于低于6.895nPa(1,000psi)的压力下(例如，在大于或等于约500psi(约3.4×106帕斯卡)的压力下)发生。除了叶片磨损之外，加压流体还可导致在孔口处发生侵蚀和腐蚀，因此进一步恶化设备的总体性能。
因此，仍继续寻求通过产生剪切和/或气穴进行混合的改善的设备和方法以及用于此类设备的组件。具体地讲，希望开发克服前述问题的通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法。所述研究已导致用于利用叶片的那些设备中的可振动叶片的开发，所述叶片具有改善的振动特性。
发明概述
本发明涉及通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于所述设备的组件。本发明具有众多的非限制性实施方案。
在一个非限制性实施方案中，公开了一种通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备。作为其基本组件，所述设备包括：具有进口、至少一个入口和出口的混合和/或气穴室；以及邻近混合和/或气穴室的进口定位的其内具有孔口的元件。其内具有孔口的元件包括围绕孔口的部分，并且围绕孔口的至少一些部分可由至少一种材料形成，所述材料具有大于以下硬度中的至少一种的硬度：烧结碳化钨的硬度，或大于或等于约20GPa的维氏硬度。例如，围绕孔口的部分可具有约20至约100GPa或更大，或者约30至约95GPa，或者约60至约95GPa，或者属于这些范围的任何较窄范围内的维氏硬度。简便起见，包含在该段内的程度或硬度及范围可称作“硬度范围”。所述设备还可包括至少一个相对其内具有孔口的元件设置在混合和/或气穴室内的叶片。叶片或至少叶片的前沿可由至少一种具有在以上指定硬度范围内的维氏硬度的材料形成。
在其它实施方案中，其内具有孔口的元件不必具有在以上指定硬度范围内的硬度。例如，在其它实施方案中，其内具有孔口的元件可具有维氏硬度小于约20GPa的围绕孔口的部分，并且叶片或至少叶片的前沿可具有在以上指定硬度范围内的维氏硬度。在一些实施方案中，此类叶片可具有改善的振动特性。
本文还描述了一种通过在流体中产生剪切和/或气穴进行混合的方法。
附图概述
根据附图将更充分理解以下发明详述，其中：
图1为通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备的一个实施方案的局部不完整剖面图。
图2为用于图1所示设备中的其内具有孔口的元件的一个实施方案的放大透视图。
图3为图2所示的元件沿图2中的线3-3截取的横截面。
图4为用于图1所示设备中的叶片的一个实施方案的放大透视图。
图5为从类似于图3的角度拍摄的简单的不完整示意剖面图，其示出包括不同材料的复合材料的孔口组件。
图6为示于局部不完整固定器中的叶片的简单剖面图，同样其中所述叶片包括不同材料的复合材料。
图6A为类似于图6的简单剖面图，其示出包括不同材料的复合材料的叶片的另一个实施方案。
图7为显示金刚石叶片的共振频率作为叶片厚度和长度的函数的三维图。
图8为显示金刚石叶片的共振频率作为叶片厚度和纵横比(长度/宽度)的函数的三维图。
图9为三元B-C-N(硼-碳-氮)相图。
附图中所示的实施方案实质上为例证性的，并不旨在对权利要求限定的本发明的限制。此外，根据发明详述，附图和本发明中的单独特征将更明显且更充分理解。
发明详述
本发明涉及通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备和方法以及用于所述设备的组件。应当理解，在一些实施方案中，设备能力及诱导剪切的方法不仅可用于混合而且还可用于分散液体中的固体颗粒及粉碎固体颗粒。在一些实施方案中，设备能力及诱导剪切和/或产生气穴的方法还可用于小滴和/或囊泡形成。
图1示出了通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备20的一个非限制性实施方案。如图1所示，设备20包括：包括进口24、至少一个入口26和出口28的混合和/或气穴室22；其内具有孔口32的元件30或诸如孔口组件的结构。元件30邻近混合和/或气穴室22的进口24定位。设备20还可包括诸如刀状叶片的叶片60，所述叶片相对其内具有孔口32的元件30设置在混合和/或气穴室22内。
设备20可包括如图所示的
Figure G2008800224753D00041
高压匀化器，得自SonicCorp.，Stratford，CT，U.S.A.；或者在其它实施方案中为Gaulin匀化器，得自Invensys APV，Lake Mills，WI，U.S.A.；
Figure G2008800224753D00042
流体材料处理器，得自Microfluidics Corp.，Newton，MA，U.S.A.；喷雾器；或任何其它合适的设备。
Figure G2008800224753D00043
高压匀化器描述于授予Cottell等人的美国专利公开3,176,964和授予D’Urso的美国专利公开3,926,413中。尽管以下讨论主要根据用于
Figure G2008800224753D00044
高压匀化器的组件进行表述，但应当理解，本文所述的材料可用于在任何类型的高压混合或匀化装置中经受磨损的部件，所述部件包括但不限于用于其它高压匀化器中的阀门和/或圆盘。在一些实施方案中，期望本文所述的设备及其组件不包括用于喷水切割装置和喷砂装置中的那些。因此，希望所述设备能够混合喂入到设备中的材料而不是仅仅喷射水。该混合可在诸如气穴室22的混合室内部发生。
其内具有孔口32的元件30可为任何合适的构型。在图2所述的实施方案中，元件30包括外壳31，所述外壳包括板状部分34，在板状部分34的中心区具有隆起36。板状部分34限定侧边或护翼38至隆起36的侧边上。图2示出了隆起36包括具有顶部或接合到其上的前表面42的侧壁40。隆起36的前表面42具有在其内形成的孔口32及围绕孔口32的部分44。
如本说明书中所用，术语“接合”包括其中将元件直接附着到另一个元件上而将元件直接固定到另一个元件上的构型；通过将元件附着到中间构件上，中间构件继而附着到另一个元件上而将元件间接固定到另一个元件上的构型；以及其中一个元件与另一个元件成一整体，即一个元件为另一个元件的基本部件的构型。
孔口32可为任何合适的构型。合适的构型包括但不限于：狭槽形、眼形、椭圆形、三角形、正方形、矩形、任何其它多边形的形状或圆形。在一些实施方案中，如图2所示，期望孔口的宽度超过孔口的高度。孔口32的宽度可为孔口高度的任何倍数，包括但不限于：1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、2、...、2.5、3、3.5、...等，最多100或更多倍的孔口高度。孔口32可具有任何合适的宽度，包括但不限于最多约1英寸(2.54cm)或更多。孔口32可具有任何合适的高度，包括但不限于最多约0.5英寸(约1.3cm)或更多。
图3示出其内具有孔口32的元件30可包括一个或多个组件或孔口组件体系。例如，在图3所示的实施方案中，其内具有孔口32的元件30包括具有中空隆起36的外壳31，并且在中空隆起36内具有插件46。插件46可为任何合适的构型。在图3所示的实施方案中，插件46为子弹型元件，在插件46的中部和/或后部具有一个或多个凸缘部分48。插件46具有用于液体通过其传送的内部通道以及插件前部的喷嘴部分50。该内部通道更详细地示于图5中。图5还示出了围绕孔口32的部分44形成壁52，该壁在靠近孔口32的至少一些位置变得较薄。用于插件46的众多其它构型均有可能，包括但不限于平坦的板状构型。插件46可由比包括元件30的结构的其它部分或组件更硬的材料制成。利用插件46以便元件30的其它较大部分或组件可由不太硬且较便宜的材料制成。
元件30及其组件可由任何合适的一种或多种材料制成。合适的材料包括，但不限于：钛、不锈钢、工具钢、烧结碳化钨、陶瓷(包括氧化物陶瓷材料和非氧化物陶瓷材料)、氮化硅(Si3N4)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)(其单晶形式已知为兰宝石)、碳化硅(SiC)、碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、二硼化钛(TiB2)、氧化硼(B6O)、立方氮化硼(cBN)(包括多晶cBN和外延生长cBN)、立方BC2N、类金刚石碳(DLC)、金刚石(例如，块状金刚石)(天然的及合成的)、金刚石和/或立方氮化硼的复合材料、以及任何以上材料的涂层，包括但不限于金刚石涂覆的材料(多晶金刚石涂覆材料和外延生长金刚石涂层)及类金刚石碳。其它合适的材料包括较软的不可压缩过渡金属(例如锇、铼和钌)与使金属硬化的具有短键的小的共价主族元素(例如硼、碳、氮或氧)的组合，生成诸如二硼化锇(OsB2)、二硼化铼(ReB2)和二硼化钌(RuB2)的材料。潜在受关注的其它材料包括：碳化锇(OsC)、氮化锇(OsN)、二氧化锇(OsO2)、碳化铼(ReC)、氮化铼(ReN)、二氧化铼(ReO2)、碳化钌(RuC)、氮化钌(RuN)以及二氧化钌(RuO2)。这些材料中的一些可在非高压下形成，使得它们的生产更经济。后者这些材料描述于以下文章中：R.W.Cumberland等人的“Osmium diboride，an ultra-incompressible，hard material”，J.Am.Chem.Soc.，127，7264(2005)；R.B.Kaner等人的“Designing superhard materials”，Science，308，1268(2005)；H.Chung等人的“Synthesis of Ultra-IncompressibleSuperhard Rhenium Diboride at Ambient Pressure”，Science，316卷，2007年4月20日；以及“Materials，Taking a Super-hardApproach”，R&D杂志，2007年5月，由Advantage Business Media，Rockaway，NJ，U.S.A.出版。
若干种这些材料的维氏硬度Hv提供于下表1中。根据J.Mater，Res.，17卷，12期，2002年12月，Materials Research Society，具有大于或等于40GPa的维氏硬度的材料被认为是超硬材料。
表1：各种材料的维氏硬度
Figure G2008800224753D00061
1微硬度材料硬度测量，http://www.brycoat.com/hardness.htm
附加权利要求中指定的所有维氏硬度值根据ASTM标准E92-72测量。
在图2和3所示的实施方案中，元件30包括外壳31和插件46。在此类实施方案中，期望至少插件46前面的喷嘴部分50由具有大于或等于约20GPa的维氏硬度的材料制成，因为其为在液体和/或其它材料喷射通过喷嘴部分50时孔口组件体系的经受最大力的部分。作为另外一种选择，期望整个插件46由具有在以上指定硬度范围内的硬度的材料制成。在其中具有单一组件孔口组件体系(即，不具有单独插件)的其它实施方案中，期望至少围绕孔口32的部分44(其将经受最大力)由具有在以上指定硬度范围内的硬度的材料制成。
因此，在某些非限制性实施方案中，围绕孔口32的元件30的部分44可具有大于或等于约20GPa的维氏硬度。围绕孔口32的部分44可具有以超过20GPa的任何1维氏硬度单位递增的维氏硬度。在其它实施方案中，孔口组件体系中的所有的或部分的任何组件可由本文所述的材料之一制成，并且至少一些此类组件可部分或全部涂覆有本文所述的具有较高硬度的材料。
可用于本文的具有大于或等于约20GPa的维氏硬度的材料包括但不限于：氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化硼、二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N、类金刚石碳、金刚石(如块状金刚石)(天然的及合成的)、以及金刚石和/或立方氮化硼的复合材料、和任何以上材料的涂层，包括但不限于金刚石涂覆的材料与类金刚石碳。被一些人认为具有类似于金刚石硬度的材料也已被推理(例如，氮化碳)。如果可获得，此类材料也可适用于本文。若干种这些材料更详细地描述如下。
立方氮化硼(cBN)为合成材料，其以块状形式(作为多晶结构及作为单晶)及涂层形式(多晶涂层和外延生长涂层)获得。
类金刚石碳(DLC)特征在于SP2和SP3两种键结构，因此趋于非晶形。类金刚石碳通常仅仅以涂层形式(而非块状形式)获得，并且高度耐磨损，以及非常稳定的化学耐侵蚀和腐蚀。
天然及合成金刚石特征在于SP3键结构。合成(人造)金刚石包括多晶金刚石(PCD)和单晶金刚石以及涂层。多晶金刚石(PCD)可包括块状金刚石，其包括烧结在一起的许多晶体的三维结构，以及沉积在合适的基底上的多晶金刚石涂层。
金刚石与cBN的复合材料通常包括多晶金刚石(PCD)与多晶cBN的复合材料。用于此类复合材料中的多晶金刚石(PCD)可为天然的或合成的。合适的复合材料可包含任何合适比例的PCD与cBN，1％至99％的PCD对1％至99％的cBN。金刚石与cBN的复合材料通常在高温高压下通过用诸如镍、钴或铁的键合剂将多晶金刚石(PCD)颗粒与cBN烧结在一起而形成。
此外，具有在以上指定硬度范围内的硬度的适当材料可包括属于图9所示三元B-C-N(硼-碳-氮)相图范围内的任何其它材料。
元件30及其组件可以任何合适的方式形成。孔口组件体系30的任何组件可由上述以块状形式获得的材料的固体片形成。所述组件还可由以上指定材料之一的固体片形成，在所述固体片表面的至少一部分上涂覆有以上指定的一种或多种不同的材料。在这些实施方案中，或者在其它实施方案中，孔口组件体系30可由一个以上的片形成。在后一种情况下，不同的片可由不同的材料形成。例如，在一个实施方案中，孔口32可提供在诸如插件46的插件内，利用激光或热丝金刚石切割器、金刚石基切割工具将所述插件从金刚石上切下并任选地用金刚石砂抛光。可将该插件46插入到或接合到形成孔口组件体系的剩余部分(例如外壳31)的金属片上。在其它情况下，包括外壳31的整个元件30可由块状金刚石制成并且不必具有插件。
图5示出了其中元件30的至少一个组件的一部分由本文所述材料之一制成并且该部分可部分地或全部地涂覆有本文所述的具有较高硬度材料的实施方案的一个实例。例如，包括元件30的插件46的内部A可由以下材料制成：钢、钛、或烧结碳化钨，并且其外部B可包括立方氮化硼(cBN)涂层(多晶涂层和外延生长涂层形式)或金刚石涂层。用于此类复合结构的这些及其它合适的材料组合列于下表2中。
在其它实施方案中，其内具有孔口32的元件30不必具有以上指定程度的硬度。例如，在其它实施方案中，其内具有孔口32的元件30可具有维氏硬度小于约20GPa的围绕孔口32的部分。
在一些情况下，希望通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备包括叶片60。例如，如果希望利用设备20形成具有比不存在叶片时较低的平均液滴大小的乳液，则可使用叶片60。如图1所示，叶片60具有包括前沿64的前部62和包括后沿68的后部66。如图4所示，叶片60具有上表面70、下表面72、以及在上下表面之间测量的厚度h。此外，叶片60具有一对侧边74以及在侧边74之间测量的宽度b。
叶片60可具有任何合适的构型。如图4所示，叶片可包括锥形部分76，其中叶片的厚度由前沿64在从前沿64向后沿68的方向上沿着前沿64和后沿68之间的距离的一部分增加。图4所示的叶片60具有形成其前沿64的单个锥形或锋利的边缘。应当理解，在其它实施方案中，叶片60可具有两个、三个或四个或更多个锥形或锋利的边缘。例如，叶片60可具有矩形或正方形构型，并且其任一个或所有侧边可为锋利的。可利用此类构型以便叶片60可插入到设备20中，其中任一个锋利边缘被取向形成叶片60的前沿64。这将在有必要修理之前增加叶片的使用寿命。
叶片60可具有任何合适的尺寸。在一些实施方案中，叶片60可在小至1mm长和7微米厚到大至50cm长和超过100mm厚的尺寸范围内。小叶片的一个非限制性实例为约5mm长和0.2mm厚。较大叶片的一个非限制性实例为100mm长和100mm厚。
如图1所示，当叶片60插入到设备20中时，叶片60后部的一部分被夹紧，或换句话讲接合到设备内部以便其位置固定。叶片60可以任何合适的方式配置以便其可接合到设备内部。如图4所示，在一个非限制性实施方案中，叶片60的后部66在其内具有至少一个洞78以用于接纳穿过所述洞的结构体。该洞和结构体作为用于将叶片60保持在设备20内部的适当位置的机构的至少一部分。也可将叶片60接合到可由金属或另一种合适的材料构成的固定器上。叶片60的剩余部分，包括叶片60的前部62，相对于固定部分自由且悬挂。
叶片60可包括任何合适的一种或多种材料。希望叶片将包括与待处理的流体化学相容的一种或多种材料。(对于孔口组件体系中的组件也有相同的希望。)期望叶片至少部分地由在化学上耐一种或多种以下条件的材料构成：低pH(低于约5的pH)；高pH(超过约9的pH)；盐(氯离子)；和氧化。
用于叶片60的合适材料包括但不限于本文描述为适用于孔口组件体系及其组件的任何一种或多种材料。然而应当理解，本文指定的材料不必具有全部所需的耐化学品性能。整个叶片60可由以上材料中的一种构成。
作为另外一种选择，叶片60的一部分可包括本文描述为适用于孔口组件体系的材料中的一种，而叶片60的另一部分(或多个部分)可包括这些材料中不同的一种。例如，在一些情况下，期望叶片的一部分，例如锥形部分76，包括比叶片60的剩余部分更硬的材料。由于锥形部分76形成叶片60的前沿74并且将是使用期间经受最强磨损的叶片部分，因此这可为所期望的。叶片60的剩余部分可由某种其它材料构成，例如具有一个或多个以下性能的材料：与锥形部分76相比不太硬、不太昂贵、更易延展或不易碎。
表2示出了可用于构建元件30的一个或多个组件或复合叶片60的材料的许多不同的可能组合的非限制性实例。表2中的字母“A”代表各自示于图5和6中的元件30的一个或多个组件的一部分或复合叶片60结构，其可称作“内部”部分或结构，而字母“B”代表可称作“外部”部分或涂层的复合结构组件。在一个非限制性实例中，叶片60的内部A可包括具有通过化学气相沉积形成的金刚石涂层B的烧结PCD。
如图6所示，还期望设备20具有阻尼材料80，所述阻尼材料位于叶片60和叶片60夹紧到其上的结构82之间。适于阻尼的材料包括但不限于橡胶、
Figure G2008800224753D00101
材料和铟箔。
如图6A所示，还有可能在孔口组件体系30的组件或叶片60的所有或一部分表面上提供一种以上的涂层。图6A所示的叶片60在其上具有涂层B，另外具有设置在涂层B之上的第二涂层C。在这种情况下，涂层B形成中间涂层。在复合孔口组件体系30的组件或复合叶片60上可存在任何合适数目的涂层。涂层B和C两者可包括相同的材料；或者，它们可包括本文描述为适于以涂层形式施用的任何不同的材料。此类附加涂层可被提供用于任何合适的目的。例如，如果涂层C具有所需的硬度，但是其不与形成内部A的材料化学相容或热相容，则可期望形成中间涂层B，其与形成内部A的材料及涂层C的材料相容以便涂层C可适当地接合到内部A上。
此外，本文所述的任何结构可用本文所述的任何涂层修补。例如，如果孔口组件体系30的组件或叶片60由于磨损而劣化，有可能用本文所述的涂层来修补磨损组件或叶片(例如用通过化学气相沉积形成的金刚石涂层对其修补)。
表2：复合孔口与叶片结构中的材料组合
  组分A   组分B
  钛   氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化硼、立方氮化硼(cBN)、立方BC2N、类金刚石碳(DLC)、金刚石、以及任何以上材料的涂层，包括但不限于金刚石涂覆的材料(多晶金刚石涂覆的材料和外延生长的金刚石涂层)、类金刚石碳、以及金刚石与立方氮化硼的复合材料
  不锈钢   同上
  工具钢   同上
  烧结硬质合金工具   同上
  氮化硅(Si3N4)   同上，氮化硅除外
  氮化钛(TiN)   同上，氮化硅和氮化钛除外
  氧化铝(Al2O3)(兰宝石)   同上，氮化硅、氮化钛和氧化铝除外
  碳化硅(SiC)   同上，氮化硅、氮化钛、氧化铝和碳化硅除外
  碳化硼(B4C)   同上，氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅和碳化硼除外
  二硼化钛(TiB2)   氧化硼、二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N和金刚石
  氧化硼(B6O)   二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N和金刚石
  二硼化铼(ReB2)   立方氮化硼、立方BC2N和金刚石
  立方氮化硼(cBN)、立方BC2N和金刚石的复合材料   立方氮化硼、立方BC2N和金刚石
  立方体氮化硼(cBN)   立方BC2N和金刚石
  立方BC2N   金刚石
  金刚石(单晶和多晶)   金刚石涂层
叶片60或其各个部分可具有任何合适的硬度。在一个非限制性实施方案中，至少叶片60的锥形部分76由具有在以上指定硬度范围内的硬度的材料形成。在其它实施方案中，至少叶片60的锥形部分76可由具有超过20GPa的任何1维氏硬度单位递增内的维氏硬度的材料形成。在此类实施方案中，叶片的剩余部分可包括具有小于20GPa的维氏硬度的材料。例如，叶片60的锥形部分76可具有金刚石涂层，而叶片60的剩余部分可由不锈钢制成。
形成叶片60的方法的若干个非限制性实例描述如下。这些包括：形成涂覆的复合结构；通过涂覆材料层以形成或构造最终叶片结构而形成叶片；以及形成块状材料的叶片。相同的技术可用于形成孔口组件体系的组件或其它类型装置的组件。
有许多形成涂覆的复合结构的方法，所述涂覆的复合结构例如金刚石涂覆的结构、cBN涂覆的结构、金刚石复合材料涂覆的结构、或者涂覆有本文所述的能够以涂层形式施用的任何其它材料的结构。合适的方法包括但不限于：物理气相沉积、化学气相沉积、和等离子体沉积。在一个非限制性实施方案中，复合叶片形成于形成叶片内部的不锈钢、钛或烧结碳化钨基底，所述基底涂覆有金刚石涂层、cBN或类金刚石碳涂层。
在另一个实施方案中，多晶固体金刚石叶片60通过利用等离子体用金刚石涂覆基本平坦的硅单晶基底或硅片制备，所述涂覆通过常规的等离子体沉积技术，例如等离子体化学气相沉积(CVD)、或热丝沉积。在该方法中，通过将金刚石糊剂或金刚石粉末摩擦到基底上而使硅基底最初接种有小(大约1微米大小)金刚石晶核。金刚石涂覆方法可在氢气中或惰性气体(例如氩)环境中和/或等离子体环境中利用饱和或不饱和烃，例如甲烷、乙炔或乙烯，以沉积包含金刚石的涂层。包含金刚石的涂层可逐层沉积在硅基底上。在金刚石薄膜的厚度达到约2mm厚之后，停止该方法并且可将硅基底移除。该方法可称作等离子体增强化学气相沉积(或“PECVD”)。硅基底可通过(湿或干)蚀刻或者通过机械研磨移除。这将产生两侧均粗糙的叶片结构。该叶片可通过激光烧蚀和/或机械研磨而具有锥形前沿。随后可利用化学和/或机械方法抛光叶片结构。
在其它实施方案中，叶片60可包括块状材料，例如块状金刚石材料。此类材料可以任何合适的方式形成，例如利用由金刚石砂形成合成金刚石的压榨机在诸如钴、镍或铁的键合元素存在下高压高温烧结。由诸如块状金刚石的一些材料形成叶片可用于提供具有更有效声振动特性的叶片。
声学性能可由一种材料向另一种材料显著改变。因此，对于给定共振模，叶片的形状和尺寸可能需要根据叶片材料而不同。气穴阈值(气穴开始时的最小声压)取决于声频。在高超声频率下，气穴变得愈加困难。最大气穴强度发生在低超声频率下。期望具有设计叶片，以便其共振频率位于约15kHz至100kHz的声频和低超声频率范围内，或者属于包括但不限于约18kHz至40kHz的此类范围的任何较窄的频率范围。
叶片60作为矩形板示意性示于图4中。假定(简单起见)不存在洞，并且叶片的一端68被夹紧，而其它三个侧边自由。所述板具有长度a(由夹紧点开始)、宽度b和厚度h。叶片的固有频率可表示为
f in = k ij 2 2 π a 2 [ Eh 2 12 ρ ( 1 - υ 2 ) ] 1 / 2 式1
其中fij为模折射率(i，j)下的共振频率，i为长度上的模数，j为宽度上的模数；kij为无量纲频率参数；E为弹性模量，ρ为密度，且υ为泊松比。
作为压缩波，波速度C可表示为
C = E ρ 式2
将式2代入式1中，用于共振频率的公式变成
f ij = k ij 2 2 π a 2 Ch [ 1 12 ( 1 - υ 2 ) ] 1 / 2 式3
若干种超硬材料和烧结碳化钨的机械特性示于下表3中用于对比。立方氮化硼和立方BC2N(c-BC2N)为具有接近金刚石硬度的硬度的超硬材料。这些材料类似于金刚石，其中它们均为各向同性的(它们的性能在所有方向上均相同)、共价键合的，并且它们所有的键均为SP3键。取决于材料是否为多晶或单晶结构，这些材料的机械特性存在差别。然而，与材料之间的这些特性差别相比，由于每种材料状态造成的差别程度相对较小。下表3中所列出的机械特性为多晶状态值，但是所述值预计接近单晶状态的值。
表3：超硬材料的机械特性：金刚石、c-BC 2 N和cBN与烧结碳化钨相 比。
  材料   弹性模量(GPa)   密度(gram/cm3)   预测声速(m/s)
  烧结碳化钨(94％WC+6％Co)   630   14.900   6,502
  烧结碳化钨(75％WC+25％Co)   470   12.900   6,036
  cBN   909   3.500   16,115
  c-BC2N   980   3.358   17,083
  金刚石   1141   3.512   18,024
由于其高弹性模量(＞900MPa)和较低的堆积体积密度(3.512g/cm3)，金刚石具有18,024m/s的最快声速。这与钛的6,070m/s、不锈钢的5,900m/s、水的1,500m/s和空气的310m/s形成对比。
期望叶片60具有大于或等于约700、750、800、850或900GPa的弹性模量。期望叶片具有小于或等于大约以下任一值的密度：12、10、9、8、7、6、5、4或3.6g/cm3。期望叶片60具有预测声速大于或等于大约以下任一值的材料或由所述材料制成：7,640、8,000、9,000、10,000、11,000、12,000、13,000、14,000、15,000或16,000m/s。
以上提供的配方和性能使得叶片60的各种特性被模拟以应用于由不同的材料制成的叶片。所述建模限定提供叶片所需的共振频率的叶片厚度和长度的组合范围。图7示出了作为叶片厚度和长度的函数的由块状金刚石制成的叶片的频率。如图8所示，与由其它材料制成的叶片不同，在由某些超硬材料(尤其是具有低密度的那些如金刚石)制成的叶片情况下，已发现纵横比(叶片长度与叶片宽度的比率)对共振模影响不大。换句话讲，叶片可被做成或窄或宽，对共振频率影响不大。这使得能够将叶片做得较宽而不改变叶片长度。这样可提供容许通过设备处理的增加的流量的优点，所述设备仅仅通过增加孔口和叶片的宽度而无需改变叶片的长度或厚度。
本文还设想了一种通过在流体中产生剪切和/或气穴进行混合的方法。在一个非限制性实施方案中，所述方法利用设备20，例如上述的那种。所述方法包括提供混合或气穴室，例如22，以及其内具有孔口32的元件30，例如孔口组件体系。元件30包括围绕孔口32的部分44，并且围绕孔口32的部分44可具有在以上指定硬度范围内的硬度。
所述方法还包括将至少一种流体引入到至少一个通向混合或气穴室22的进口中以便所述流体流过元件30中的孔口32。所述至少一种流体可以任何合适的方式供给到设备20中，所述方式包括但不限于通过使用泵和给所述泵提供动力的马达。所述泵可在所需压力下将至少一种流体供给到设备中。可存在任何合适数目的通向气穴室的诸如26的入口(例如1、2、3、4、5等)。流体或流体的混合物受压流过孔口32。孔口32单独地或者与某个其它组件组合被成形以混合流体和/或在流体或流体的混合物中产生气穴。
所述流体可包括任何合适的液体或气体。在一些实施方案中，期望流体包括两个或更多个不同的相或多相。所述不同的相可包括一个或多个液相、气相或固相。在液体情况下，经常期望液体包含足量的用于气穴的溶解气体。合适的液体包括但不限于：水、油、溶剂、液化气体、浆液、以及在室温下通常为固体的熔融材料。熔融固体材料包括但不限于蜡、有机材料、无机材料、聚合物、脂肪醇和脂肪酸。
所述流体还可在其内具有固体颗粒。所述颗粒可包括任何合适的材料，包括但不限于：TiO2、包含铋的材料、ZnO、CaCO3、Na2SO4、和Na2CO3。所述颗粒可为任何合适的尺寸，包括宏观颗粒和纳米颗粒。在一些情况下，这些固体颗粒中的至少一些可为非晶形的。在一些情况下，这些固体颗粒中的至少一些可为晶体。在一些情况下，这些固体颗粒中的至少一些可为研磨剂。
这些颗粒可以任何合适的量存在于液体中。合适的量可位于任何合适的范围内，包括但不限于约0.01％至约40％或更多；或者约0.1％至约10％；或者按重量计约0.5％至约4％。
所述方法还可包括提供诸如叶片60的可振动叶片，所述叶片相对其内具有孔口32的元件30设置在混合和/或气穴室22内。叶片60可具有在以上指定硬度范围内的硬度。在其中使用叶片60的情况下，所述方法可包括以下步骤：使液体形成为射流并用足够的力使射流撞击可振动叶片以促使叶片以足以在流体内生成气穴的强度谐振。所述气穴可为水力气穴、声学气穴或超声波气穴。在一些实施方案中，叶片60在约15kHz至约100kHz的频率下经历谐和超声振动。
所述方法可在任何合适的压力下进行。在一些实施方案中，在恰好流体流过孔口的点之前的孔口进料处测量时，压力大于或等于约500psi，或者大于500psi的任何数值，包括但不限于：1,000、1,500、2,000、2,500、3,000、3,500、4,000、4,500、5,000、5,500、6,000、6,500、7,000、7,500、8,000、8,500、9,000、9,500、10,000psi，以及超过10,000psi的任何500psi的递增，包括15,000、20,000或更高。
给定体积的流体可在气穴室内具有任何合适的停留时间。一些合适的停留时间包括但不限于约1毫秒至约1秒或更长的时间。流体可以任何合适的流量流过气穴室。合适的流量范围为约1至约1,000L/min，或更大，或者属于包括但不限于约5至约1,000L/min的此类范围的任何较窄的流量范围。
所述方法还可连续运行任何合适的时段，在其内具有孔口的元件30上和叶片60上具有降低的磨损。合适的时间包括但不限于大于或等于约：30分钟、45分钟、1小时、以及超过1小时的任何30分钟的递增。
实施例1
以下描述了利用具有本文所述的至少一个组件的
Figure G2008800224753D00161
的方法的一个非限制性实施例。在该实施例中，所述方法可用于制备包含无机聚集体的稳定组合物。例如，此类组合物可包括改善型式的包含铋的液体药物组合物。包含铋的液体药物组合物描述于授予Coveney等人的美国专利公开4,940,695和授予Stentz等人的美国专利公开5,013,560中。此类组合物一个熟知的实例为由The Procter & Gamble Company出售的
Figure G2008800224753D00162
Figure G2008800224753D00163
该方法及形成的组合物还包括它们本身权利内的发明。
此类包含铋的液体药物组合物可包含若干个组分，这些组分包括：包含铋的药物试剂；能够悬浮包含铋的药物试剂的悬浮液体系及含水介质中的其它组分；水；诸如苯甲酸和山梨酸的防腐剂；以及任选成分。
包含铋的药物试剂可为药用盐的形式。合适的包含铋的药物试剂包括例如铝酸铋、次碳酸铋、次柠檬酸铋、柠檬酸铋、二柠檬酸铋酸三钾、没食子酸铋、次没食子酸铋、次硝酸铋、酒石酸铋、次水杨酸铋、以及它们的混合物。柠檬酸铋和没食子酸铋可溶解于水中，不必进行解聚。此类药物组合物通常包含按重量计约0.1％至约5％，或者约0.5％至约5％，约1％至约4％，或者约1.6％至约1.9％的包含铋的药物试剂。
悬浮液体系可包含药用非离子纤维素醚聚合物、硅酸镁铝、或它们的混合物。诸如非离子纤维素醚聚合物的合适的纤维素悬浮剂选自由下列组成的组：烷基纤维素(例如，甲基纤维素)、羟烷基烷基纤维素(例如，羟丙基甲基纤维素；羟丁基甲基纤维素；羟乙基甲基纤维素；乙基羟乙基纤维素)、羟烷基纤维素(例如，羟乙基纤维素；羟丙基纤维素)、以及它们的混合物。药用非离子纤维素醚聚合物的代表性实例为：METHOCEL
Figure G2008800224753D00171
(甲基纤维素，由The Dow Chemical Company出售)；METOLOSE
Figure G2008800224753D00172
(甲基纤维素，由Shin Etsu Chemical Products，Ltd.出售)；和METHOCEL
Figure G2008800224753D00173
(羟丙基甲基纤维素，由The Dow Chemical Company出售)。药物组合物通常包含按重量计约0.1％至约5％，或者约0.1％至约3％，约0.5％至约1.5％，或者约0.8％至约1.2％的非离子纤维素乙基聚合物。
本文所述组合物的悬浮液体系还可为粘土基的并包括硅酸镁铝、高岭土、以及它们的组合。硅酸镁铝(或硅酸铝镁)具有化学式Al2 MgO8 Si2，并且天然存在于诸如透绿泥石、滑石粉和假蓝宝石的蒙脱石矿物中。可用于本文的精炼硅酸镁铝易得，例如由R.T.Vanderbilt Company，Inc.制造的
Figure G2008800224753D00174
硅酸镁铝。药物组合物通常包含按重量计约0.1％至约5％，或者约0.1％至约3％，约0.5％至约1.5％，或者约0.8％至约1.2％的硅酸镁铝。
另一种可潜在用于悬浮液体系中的材料为黄原胶，或黄原胶与硅酸镁铝的混合物。黄原胶为高分子量的多糖，其通过借助微生物野油菜黄单胞菌的碳水化合物的纯培养物发酵制备。黄原胶得自多种商业来源，包括RHODIGEL(由Rhone Poulenc Industries出售)和KELTROL(由KelcoDivision of Merck & Co.，Inc.出售)。黄原胶通常以约0.1％至约5％，或者约0.1％至约3％，或者约0.5％至约1.5％的含量使用。
用于本文所述组合物的悬浮液体系的含量按所述组合物的重量计通常为约0.1％至约10％，或者约0.5％至约5％，或者约1％至约3％。
本文所述的液体组合物还包含约80％至约99％，或者约90％至约99％，或者约93％至约98％的水。
所述组合物可包含诸如苯甲酸和山梨酸的防腐剂。所述组合物可包含约0.01％至约0.075％，或者约0.01％至约0.06％，或者约0.025％至约0.05％的苯甲酸。所述组合物可包含约0.01％至约0.04％，或者约0.01％至约0.03％，或者约0.0125％至约0.025％的山梨酸。这些防腐剂组分的重量百分数范围按质子化物质的重量计，不管所有酸在组合物中是否为质子化形式。
药物组合物可包含附加任选组分，适当地选择所述组分用于制备的具体组合物。将用于组合物中的药用任选组分的选择主要由组合物所需的性能，尤其是美观性能决定。
可用作药用任选组分的物质的一些实例为糖，例如乳糖、葡萄糖和蔗糖；非营养性甜味剂，例如糖精、天冬甜素、丁磺氨、和环拉酸盐；着色剂；调味剂，例如水杨酸甲酯；等等优选的任选组分为水杨酸，其可用于降低pH和/或提供某种防腐有益效果。其它相容的药物添加剂和活性物质(例如，NSAI药物；H2受体阻断抗分泌剂)可包括在用于这些组合物中的药用任选组分中。
以下实施例进一步描述并论证了本发明范围内的实施方案。这些实施例仅仅是说明性的，不可解释为对本发明的限制，因为可做出许多变型而不脱离其实质和范围。
Figure G2008800224753D00181
液体可通过制备硅酸镁铝(例如
Figure G2008800224753D00182
)、甲基纤维素(“methocel”)、和次水杨酸铋(“BSS”)在水中的单独中间体制成。这些中间体可各自运送通过
Figure G2008800224753D00183
其中所需的转化(例如分散、水合和解聚)在这些中间体上进行。本文受关注的方法可包括比所有这些转化较少的转化，并且可以但不必包括所有下述步骤。所述中间体可以任何顺序形成。此外，任何一个或多个下述步骤可被组合。
试图在中制备
Figure G2008800224753D00185
液体遇到的问题之一为
Figure G2008800224753D00186
通常具有的不锈钢部件(叶片和孔口)的腐蚀，所述腐蚀是由次水杨酸铋晶体颗粒撞击这些表面造成的。在下述方法中，利用具有合成金刚石叶片的模型“A”高压匀化器。
Figure G2008800224753D00191
添加
1.)将按最终批量的重量计等于20％的一些环境温度(20至30℃)的水添加到配备有搅拌器的罐中。
2.)将总配方量的(得自R.T.Vanderbilt Company，Norwalk，Connecticut，U.S.A.)加料到TRIBLENDERTM搅拌器的漏斗中。TRIBLENDERTM搅拌器得自Tri Clover，a division ofAlfa Laval，Lund，Sweden。TRIBLENDERTM搅拌器借助文丘里效应将固体掺入到高速水流中。当产生真空时，固体被吸入或汲取到水中。
3.)随后将
Figure G2008800224753D00193
在水中的流股在60至90psi(0.41至0.62MPa)下泵送到
Figure G2008800224753D00194
中。该压头用于使得
Figure G2008800224753D00195
泵将
Figure G2008800224753D00196
/水混合物汲取到
Figure G2008800224753D00197
孔口中。
4.)
Figure G2008800224753D00198
/水混合物在高压下被迫通过
Figure G2008800224753D00199
孔口。
Figure G2008800224753D001910
/水混合物在其进入
Figure G2008800224753D001911
的孔口时处于600至2,000psi(4.1至14MPa)的压力下。
5.)使
Figure G2008800224753D001912
/水混合物对准
Figure G2008800224753D001913
内的叶片。叶片最佳地设置为距远离孔口的可能最远位置2.5至5.25圈。(2.5圈位置位于远离孔口的最远位置与邻近孔口的最近位置之间的大约中间。5.25圈位置直接邻近孔口。相同的设置用于该实施例中的其它转化。)
6.)在/水混合物离开
Figure G2008800224753D001915
孔口时，其膨胀并撞击叶片。该膨胀期间，压力降低且在靠近叶片的区域产生超声共振的气穴。不受任何特定理论的限制，据信气穴为将能量转移到混合物中的机构。形成的气泡破裂并产生压力波，所述压力波产生造成所需转化的能量。就而言，所需转化为
Figure G2008800224753D001917
板由其堆叠排列分离成单独的板(分散)，所述单独的板因而更易在水中水合。
7.)分散的水合
Figure G2008800224753D001918
/水混合物通过
Figure G2008800224753D001919
后面的洞离开
Figure G2008800224753D001920
这些洞的尺寸借助
Figure G2008800224753D001921
上的背压调节盘控制。背压增加时，所述洞关闭，
Figure G2008800224753D001922
/水混合物在
Figure G2008800224753D00201
中保留较长的时段。由孔口上游向孔口下游的压差降低且气穴减少。就该实施例中的所有转化而言，背压调节为零至向内2圈(完全打开至稍微关闭)。
8.)随后将
Figure G2008800224753D00202
/水混合物泵送到最终批量罐中，其中所述混合物在无搅拌下收集。
9.)将一定量(最终分批重量的7％至10％)的冷水(5至12℃)添加到批量罐中的
Figure G2008800224753D00203
/水混合物中。
甲基纤维素添加
10.)将按最终批量的重量计等于20％的一些热水(45至70℃)添加到配备有搅拌器的罐中。
11.)将总配方量的甲基纤维素(得自Dow Chemical Company，Midland，Michigan，U.S.A.)加料到TRIBLENDERTM搅拌器的漏斗中。当产生真空时，甲基纤维素被汲取到水中。
12.)将甲基纤维素在水中的流股在60至90psi(0.41至0.62MPa)下泵送到
Figure G2008800224753D00204
中。
13.)甲基纤维素/水混合物在高压下被迫通过
Figure G2008800224753D00205
孔口。甲基纤维素/水混合物在其进入
Figure G2008800224753D00206
的孔口时处于400至1,500psi(2.8至10MPa)的压力下。
14.)使甲基纤维素/水对准SONOLATOR内部的叶片。在甲基纤维素/水混合物离开孔口时，其膨胀并撞击叶片。与前面相同，在靠近叶片的区域产生气穴，并发生所需的转化。就甲基纤维素而言，该转化为甲基纤维素聚合物链由其缠绕/氢键排列分离成单链(分散)，所述单链因而更易在冷水中水合。
15.)分散的甲基纤维素/水混合物通过
Figure G2008800224753D00207
后面的洞离开
Figure G2008800224753D00208
16.)随后将甲基纤维素/水混合物泵送到最终批量罐中，其中所述混合物在搅拌下添加到冷冻的
Figure G2008800224753D00209
/水混合物中。
17.)将一定量(分批重量的7％至10％)的冷水(5至12℃)添加到
Figure G2008800224753D002010
/甲基纤维素/水混合物中。设定该混合物的温度低于30℃以便进行下一步。
18.)在该步中添加并混合染料溶液预混物。
次水杨酸铋干粉添加
19.)将按最终批量的重量计等于20％的一些环境温度(20至30℃)的水添加到配备有搅拌器的罐中。
20.)将总配方量的BSS(得自MCP Metal Specialties，Inc.，Fairfield，CT，U.S.A.)加料到TRIBLENDERTM搅拌器的漏斗中。当产生真空时，BSS被吸入到水中。
21.)随后将BSS在水中的流股在60至90psi(0.41至0.62MPa)下泵送到中。
22.)BSS/水混合物在其进入
Figure G2008800224753D00212
的孔口时处于300至1,200psi(2至8.3MPa)的压力下。由于BSS颗粒的撞击，由不锈钢制成的孔口容易快速腐蚀。该腐蚀使得孔口尺寸增加，其导致降低的操作压力及减弱的影响所需转化的能力。金刚石或其它高硬度材料的使用据信降低由于颗粒撞击造成的孔口腐蚀的影响。
23.)BSS/水混合物在高压下被迫通过
Figure G2008800224753D00213
孔口并撞击叶片。
不锈钢叶片由于BSS颗粒在高压下的撞击经受快速腐蚀。金刚石叶片的使用抵抗由于BSS颗粒撞击造成的腐蚀。
24.)在BSS/水流股离开孔口时，其膨胀并撞击叶片。与前面相同，在靠近叶片的区域产生气穴，并发生所需的转化。就BSS而言，该转化为晶体解聚，其将BSS聚集体破裂成易于分散的单晶。
25.)转化过的(解聚的)BSS通过
Figure G2008800224753D00214
后面的洞离开
Figure G2008800224753D00215
26.)随后将BSS/水混合物泵送到最终批量罐中，其中所述混合物在搅拌下添加到冷冻的
Figure G2008800224753D00216
/甲基纤维素/水混合物中。
27.)将包含风味剂、缓冲剂和防腐剂的预混物在搅拌下于该处添加。
28.)通过在搅拌下将环境温度的水以给出最终分批重量所需的量添加来完成该分批过程。
此类方法可提供许多有益效果。然而，应当理解除非在附加权利要求中指明，所获得的此类有益效果并不需要。一个有益效果为提供比可能的单程通过
Figure G2008800224753D00221
中的包含铋的药物试剂较窄的粒度分布及较小的平均粒度的能力，除非利用多程通过诸如高剪切搅拌器的其它类型的混合装置。较小尺寸的颗粒可用于提供更稳定的组合物，所述组合物不易使成分沉淀。包含铋的药物试剂的较小尺寸颗粒还使得待使用的悬浮剂量减少。例如，下表中标有星号的成分的量可比利用高剪切搅拌器的先前方法中所需的低约10％。另一个有益效果为转化可更有效，因为它们可比使用其它类型的混合装置时更进一步推进其完成。此外，本文所述的组件可足够耐用，以使得所述设备用来制备大量受关注的组合物。与利用其它类型混合装置的方法相比，本文所述的方法还能够在较短的时段内进行(例如，在大约一半的时间内)，使其成为更高效经济的方法。
可用本文所述的方法制备的包含铋的组合物的非限制性实例阐述如下。
实施例2至5：包含铋的组合物
Figure G2008800224753D00222
本文所公开的量纲和值不旨在被理解为严格地限于所述的精确值。相反，除非另外指明，每个这样的量纲是指所引用的数值和围绕该数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在意味着“约40mm”。
应当理解，在本说明书中给出的每一最大数值限度包括每一较低数值限度，即如同此类较低数值限度在本文中也有明确的表示。在本说明书全文中给出的每一最小数值限度将包括每一较高数值限度，如同此类较高数值限度在本文也有明确的表示。在本说明书全文中给出的每一数值范围将包括包含于此类较宽数值范围内的每一较窄数值范围，如同此类较窄数值范围在本文也有明确的表示。
虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明实质和范围的情况下可以做出多个其他改变和变型。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有此类改变和变型。

Claims (59)

1.一种通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备，所述设备包括：
混合室，所述混合室包括进口、至少一个入口和出口；以及
其内具有孔口的元件，所述元件邻近所述混合室的进口定位，其中所述元件包括围绕所述孔口的部分，并且围绕所述孔口的所述部分中的至少一些的硬度大于烧结碳化钨的硬度。
2.如权利要求1所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些具有大于或等于20GPa的维氏硬度。
3.如权利要求1所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些具有20至100GPa的维氏硬度。
4.如权利要求1所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些具有30至95GPa的维氏硬度。
5.如权利要求1所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些具有60至95GPa的维氏硬度。
6.如权利要求1所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些至少部分地由一种或多种以下材料构成：氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化硼、二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N、类金刚石碳、金刚石、金刚石与立方氮化硼的复合材料、以及任何这些材料的涂层，包括金刚石涂覆的材料及类金刚石碳。
7.如权利要求6所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些包括金刚石涂层。
8.如权利要求6所述的设备，其中围绕所述孔口的所述部分中的所述至少一些包括块状金刚石结构。
9.如权利要求1所述的设备，所述设备还在所述混合室内包括与其内具有孔口的所述元件相对地设置的叶片，所述叶片具有前沿，其中所述叶片的前沿的硬度大于烧结碳化钨的硬度。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片的前沿具有大于或等于20GPa的维氏硬度。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片的前沿具有20至100GPa的维氏硬度。
12.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片的前沿具有30至95GPa的维氏硬度。
13.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片的前沿具有60至95GPa的维氏硬度。
14.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片的所述前沿由以下材料中的一种或多种构成：氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化硼、二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N、类金刚石碳、金刚石、金刚石与立方氮化硼的复合材料、以及任何这些材料的涂层，包括金刚石涂覆的材料以及类金刚石碳。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述叶片的所述前沿包括金刚石涂层。
16.如权利要求14所述的设备，其中至少所述叶片的所述前沿包括块状金刚石结构。
17.如权利要求14所述的设备，其中所述整个叶片包括块状金刚石结构。
18.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片包括具有大于或等于700GPa的弹性模量的材料。
19.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片包括至少一种具有小于或等于12g/cm3的密度的材料。
20.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片包括至少一种具有大于或等于7,640m/s的预测声速的材料。
21.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片在15kHz至100kHz的频率下经历谐振。
22.如权利要求9所述的设备，其中所述叶片在20至40kHz的频率下经历谐和超声振动。
23.如权利要求1所述的设备，其中所述孔口为狭槽形。
24.一种在通过产生剪切和/或气穴进行混合的设备中使用的叶片，所述叶片具有锥形前沿，其中所述叶片的前沿具有大于或等于20GPa的维氏硬度。
25.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片的所述前沿由以下材料中的一种或多种构成：氮化硅、氮化钛、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化硼、二硼化钛、氧化硼、二硼化铼、立方氮化硼、立方BC2N、类金刚石碳、金刚石、金刚石与立方氮化硼的复合材料、以及任何这些材料的涂层，包括金刚石涂覆的材料以及类金刚石碳。
26.如权利要求25所述的叶片，其中至少所述叶片的所述前沿包括块状金刚石结构。
27.如权利要求25所述的叶片，其中所述整个叶片包括块状金刚石结构。
28.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片包括具有大于或等于700GPa的弹性模量的材料。
29.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片包括至少一种具有小于或等于12g/cm3的密度的材料。
30.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片包括至少一种具有大于或等于7,640m/s的预测声速的材料。
31.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片在15kHz至100kHz的频率下经历谐振。
32.如权利要求24所述的叶片，其中所述叶片包括在20至40kHz的频率下经历谐和超声振动的材料。
33.一种用于在液体内产生气穴的方法，所述方法包括：
获得具有气穴室的设备，所述气穴室包括进口、至少一个入口和出口；以及其内具有孔口的元件，所述元件邻近所述气穴室的进口定位，其中所述元件包括围绕所述孔口的部分并且围绕所述孔口的所述部分中的至少一些具有大于或等于20GPa的维氏硬度；和
将液体引入到通向所述气穴室的进口中以便所述液体流过所述元件中的孔口，其中所述孔口使得所述液体在压力下从中通过，并且所述孔口单独地或者与某个其它组件组合被成形以在所述液体中产生气穴。
34.如权利要求33所述的方法，所述方法还包括与其内具有孔口的所述元件相对地设置的可振动叶片，所述叶片具有前沿，其中所述叶片的前沿具有大于或等于20GPa的维氏硬度，并且所述方法包括以下步骤：使所述液体形成为射流并用足够的力使所述射流撞击所述可振动叶片以促使所述叶片以足以在所述液体内生成气穴的强度谐振。
35.如权利要求33或34所述的方法，其中所述压力大于或等于1,000psi。
36.如权利要求34或35所述的方法，其中所述叶片以超声频率振动。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述叶片以15kHz至100kHz的频率振动。
38.一种制备稳定组合物的方法，所述方法包括以下步骤：
a.借助水力气穴制备第一中间组合物，所述第一中间组合物包含粘土基悬浮剂和水；
b.借助水力气穴制备第二中间组合物，所述第二中间组合物包含纤维素悬浮剂和水；
c.借助水力气穴制备第三中间组合物，所述第三中间组合物包含无机聚集体和水；和
d.将所述第一、所述第二和所述第三中间组合物混合在一起以形成所述稳定组合物。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述粘土基浮剂选自由下列组成的组：硅酸镁铝、高岭土、以及它们的组合。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述纤维素悬浮剂为非离子纤维素醚聚合物。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述纤维素悬浮剂选自由下列组成的组：烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素、羟烷基纤维素、以及它们的混合物。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述纤维素悬浮剂为甲基纤维素。
43.如权利要求38所述的方法，其中所述无机聚集体为包含铋的药物试剂。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述无机聚集体选自由下列组成的组：铝酸铋、次碳酸铋、次柠檬酸铋、二柠檬酸铋酸三钾、次水杨酸铋、酒石酸铋、次没食子酸铋、次硝酸铋、以及它们的混合物。
45.如权利要求44所述的方法，其中所述无机聚集体为次水杨酸铋。
46.如权利要求38所述的方法，其中所述制备包含粘土基悬浮剂和水的第一中间组合物的步骤a)包括以下步骤：
1)将一定量的水添加到具有搅拌器的罐中；
2)向混合器中填充一定量的粘土基悬浮剂；
3)借助所述混合器将所述粘土基悬浮剂与所述水混合，得到粘土基悬浮剂/水混合物；
4)将所述粘土基悬浮剂/水混合物在一定压头下泵送到水力气穴诱导的装置中；
5)迫使所述粘土基悬浮剂/水混合物在高压下通过所述水力气穴诱导的装置；
6)在所述水力气穴诱导的装置内的所述粘土基悬浮剂/水混合物中诱导水力气穴；
7)借助所述水力气穴分散并水合所述粘土基悬浮剂；
8)从所述水力气穴诱导的装置中移除所述粘土基悬浮剂/水混合物并将所述粘土基悬浮剂/水混合物沉积到成品罐中；和
9)将一定量的冷水添加到所述成品罐中的所述粘土基悬浮剂/水混合物中。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述制备包含纤维素悬浮剂和水的第二中间组合物的步骤b)包括以下步骤：
1)将一定量的热水添加到具有搅拌器的罐中；
2)向混合器中填充一定量的纤维素悬浮剂；
3)借助所述混合器将所述纤维素悬浮剂与所述水混合，得到纤维素悬浮剂/水混合物；
4)将所述纤维素悬浮剂/水混合物在一定压头下泵送到水力气穴诱导的装置中；
5)迫使所述纤维素悬浮剂/水混合物在高压下通过所述水力气穴诱导的装置；
6)在所述水力气穴诱导的装置内的所述纤维素悬浮剂/水混合物中诱导水力气穴；
7)借助所述水力气穴分散所述纤维素悬浮剂；
8)从所述水力气穴诱导的装置中移除所述纤维素悬浮剂/水混合物并将所述纤维素悬浮剂/水混合物沉积到所述成品罐中；和
9)将一定量的冷水添加到所述成品罐中。
48.如权利要求46所述的方法，其中所述制备包含无机聚集体和水的第三中间组合物的步骤c)包括以下步骤：
1)将一定量的水添加到具有搅拌器的罐中；
2)向混合器中填充一定量的无机聚集体；
3)借助所述混合器将所述无机聚集体与所述水混合，得到无机聚集体/水混合物；
4)将所述无机聚集体/水混合物在一定压头下泵送到水力气穴诱导的装置中；
5)迫使所述无机聚集体/水混合物在高压下通过所述水力气穴诱导的装置；
6)在所述水力气穴诱导的装置内的所述无机聚集体/水混合物中诱导水力气穴；
7)借助所述水力气穴解聚所述无机聚集体；和
8)从所述水力气穴诱导的装置中移除所述无机聚集体/水混合物并将所述无机聚集体/水混合物沉积到具有搅拌的所述成品罐中。
49.一种由以下所述方法制备的稳定组合物：
a.借助水力气穴制备第一中间组合物，所述第一中间组合物包含粘土基悬浮剂和水；
b.借助水力气穴制备第二中间组合物，所述第二中间组合物包含纤维素悬浮剂和水；
c.借助水力气穴制备第三中间组合物，所述第三中间组合物包含无机聚集体和水；和
d.将所述第一、所述第二和所述第三中间组合物混合在一起以形成所述稳定组合物。
50.如权利要求49所述的组合物，其中所述粘土基浮剂选自由下列组成的组：硅酸镁铝、高岭土、以及它们的组合。
51.如权利要求50所述的组合物，其中所述粘土基悬浮剂为硅酸镁铝。
52.如权利要求49所述的组合物，所述组合物包含按所述稳定组合物的重量计0.1％至5％的所述粘土基悬浮剂。
53.如权利要求49所述的组合物，其中所述纤维素悬浮剂选自由下列组成的组：烷基纤维素、羟烷基烷基纤维素、羟烷基纤维素、以及它们的混合物。
54.如权利要求53所述的组合物，其中所述纤维素悬浮剂为甲基纤维素。
55.如权利要求49所述的组合物，所述组合物包含按所述稳定组合物的重量计0.1％至5％的所述纤维素悬浮剂。
56.如权利要求49所述的组合物，其中所述无机聚集体为包含铋的药物试剂。
57.如权利要求56所述的组合物，其中所述无机聚集体选自由下列组成的组：铝酸铋、次碳酸铋、次柠檬酸铋、二柠檬酸铋酸三钾、次水杨酸铋、以及它们的混合物。
58.如权利要求57所述的组合物，其中所述无机聚集体为次水杨酸铋。
59.如权利要求49所述的组合物，所述组合物包含按所述稳定组合物的重量计0.1％至5％的所述无机聚集体。
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