热处理在材料合成中是一类被广泛应用的技术。这些方法可以非常笼统地称为“heat treatment”。但这样高度概括的词语用到科研论文里是极不准确的。因此，相信读者们已经在各类文章中读到了如 annealing，c++alcination，pyrolysis 这样更具体的热处理术语。然而，如果不了解这些词汇的本意，自己在使用时难免会张冠李戴。本文将辨析材料科学论文中出现频率很高的一些热处理术语，以期为读者们阅读文献和撰写论文提供参考。
1. Calcination（煅烧）
国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将该词定义为“Heating to high temperatures in air or oxygen”（在空气或氧气中加热至高温）[1]。此定义强调了加热过程需有氧气参与。
其动词 calcinate 来源于拉丁语 calcinare，意为“to burn limestone”（灼烧石灰岩）。石灰岩的煅烧需要向煅烧炉内通入空气，因此 calcination 便自带“在空气或氧气中”的属性。
2. Annealing（退火）
该词是指“加热到高温后并维持一段时间，再缓慢冷却”的过程。冶金应用中退火常用来消除金属内部残留应力，以增加金属的延展性和韧性，所以退火的对象一般与金属有关。但 annealing 的定义中并未严格规定退火必须针对金属，所以只要符合加热-保温-自然降温的过程原则上都可称为 annealing。此外，定义也没有限定退火的气氛，即不一定要在惰性气氛中。
若无特殊说明，annealing 指 thermal annealing（热退火）。但在高分子领域中，退火并不局限于加热。如用易挥发溶剂（如氯仿）熏蒸嵌段共聚物（block copolymer）使其发生相分离和自组装的过程就被称为 solvent vapor annealing（溶剂蒸汽退火）[2]。该退火方法一般在室温或略高于溶剂沸点温度下进行。笔者认为这个过程亦称退火的原因是溶剂熏蒸与加热退火达到的效果非常类似。因此，高分子相关文献中往往要写明退火的种类，如 thermal annealing 或者solvent vapor annealing（有时简写为solvent annealing）。
3. Pyrolysis（热解）
IUPAC对该词的定义是“Thermolysis, usually associated with exposure to a high temperature”（通常在高温下进行的热解）[1]。在该主定义下还有两条附注：
· 附注1：The term generally refers to reaction in an inert environment. 与calcination在氧气氛围下反应不同，pyrolysis过程不能有能与被加热物质反应的气氛存在。
· 附注2：Pyrolysis is the commonly used term for a high–temperature treatment that converts a ceramic precursor to ceramic. 本条指出了 pyrolysis 的对象常常是陶瓷材料的前驱体。
实际应用 pyrolysis 这个词时会遵守附注1，但使用范围已超出了附注2 所涉及的陶瓷材料范畴。
从 pyrolysis 的构词出发还可以将该词与 annealing 进行区分。Pyrolysis 为希腊语词汇：pyro 代表火，lysis 代表分离。所以 pyrolysis 的本质是一种利用火焰分离物质的方法，即通过加热 “一变多”的过程。这也是中文“热解”中“解”字所强调的。而 annealing 则更适合描述“多合一”的灼烧过程。
灼烧有机物生成碳及各种气态物质的过程当然可称 pyrolysis，但还可以根据加热温度进一步使用更准确的名字：
3.1 charring（烧焦）
该词指在较低温度下生成含有碳及各种有机物（carbonaceous）混合物的过程。所形成的物质不一定是黑色，也可以是棕色、咖啡色等。烹饪技术中有一种加热糖使其融化形成棕黑色粘稠物质的方法，叫炒焦糖色或炒糖色（可乐的棕黑色就叫焦糖色）。这里的“焦糖”实际就是糖烧焦后的产物。需要特别指出的是，charring 往往不遵守 pyrolysis 附注1 的限定，即其发生过程可在空气或氧气中。
3.2 Carbonization（碳化）
当加热温度较高时，加热后所得产物的几乎是黑色的碳（carbon），此程就是碳化。特别地，煤在惰性气氛下高温加热后所得的碳渣被称为 coke。
从定义可以看出，碳化的对象在惰性气氛下加热后应能分解成碳。某些有机物，如聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃 PMMA），因自身氧含量高，在氮气中加热到其分解温度以上后几乎不生成碳，该过程便不能称为 carbonization。
Charring 和 carbonization 的温度界限没有明确划分，这是因为不同碳前驱体的成碳温度不一。依笔者经验，生物质的碳化温度一般要在 600 °C 以上 [3]。
4. Carburization（渗碳）
渗碳是指在碳源存在下通过加强热向被处理对象渗入碳原子的过程。制钢时向铁中引入碳的过程就是渗碳。“碳源”可以是碳，也可以是能够在高温下生成碳的物质。因为渗碳过程属固相扩散，其扩散速率远比气相和液相扩散慢得多，所以需在高温下（如 1500 °C 以上）进行 [4]。
渗碳和碳化要严格区分，特别是二者英文极为相似。渗碳过程是主动向被处理物中引入碳原子，而碳化则是除掉被处理物中的其他成分而保留碳。简而言之，渗碳中的碳是从外界引入的，而碳化中的碳是被加热物质自身含有的。
练 习
下面为大家列举了一些材料合成中常见的热处理方法。聪明的你能否用本文介绍的术语来正确地给它们命名呢？
1） 在空气中将羟基氧化铁（FeOOH）纳米阵列置于在加热台上 550 °C 脱水形成氧化铁（Fe2O3）纳米阵列。
2）在隔绝空气条件下，加热二氧化钛（TiO2）和焦炭的混合物制备碳化钛（TiC）。
3）在氩气氛围中 800 °C 加热聚丙烯腈（PAN）纤维制备碳纤维。
4）炒菜炒糊。
5）在氯化氢气氛中加热六水合氯化铁（FeCl3·H2O）制备无水氯化铁（FeCl3）。
6）在空气中用丙烷焰灼烧含磷阻燃材料，测试中材料表面变黑。
7）浓硫酸与蔗糖在空气中常温反应生成黑色蓬松海绵状物质。
【答案】[粗体为最精确的描述]1）Calcination 或 Thermal annealing
2）Carburization 或 Thermal annealing
3）Carbonization 或 Pyrolysis 或 Thermal annealing
4）Charring
5）Pyrolysis 或 Thermal annealing（因无碳生成，不能称 Carbonization）
6）Charring 或 Calcination（虽然丙烷焰温度很高，但因为灼烧的是阻燃材料，所以只在表面形成一层不完全碳化层，材料整体未成碳，故不能称 Carbonization。）
7）Charring
本文限于作者水平可能有诸多不当之处，敬请读者们不吝斧正。
【参考文献】
[1] J. Aleman et al. Definitions of Terms Relating to The Structure and Processing of Sols, Gels, Networks, and Inorganic-Organic Hybrid materials, Pure appl. Chem. 2007, 79, 1801–1829.
[2] C. Sinturel et al. Solvent Vapor Annealing of Block Polymer Thin Films, macromolecules 2013, 46, 5399–5415
[3] Z. Huang et al. Balancing the Electrical Double Layer Capacitance and pseudocapacitance for Hetero-atom doped Carbon, Nanoscale 2017, 9, 13119–13127
[4] H.-J. Peng et al. Enhanced Electrochemical Kinetics on Conductive Polar Mediators for Lithium–Sulfur Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 12990–12995
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