Cirkonija keramika tiek plaši izmantota klīniskajā praksē to lielisko mehānisko īpašību, bioloģiskās saderības un estētisko priekšrocību dēļ. Tomēr, ilgstoši pakļaujot cirkonija oksīda keramikai temperatūrai diapazonā no 150 līdz 400 grādiem un mitrai videi, tā tiek pārveidota no tetragonālas uz monoklinisko fāzi. Šo fāzes pāreju pavada tilpuma paplašināšanās, kas rada daudzas mikroplaisas un ievērojami samazina implanta mehānisko izturību. Šī parādība ir pazīstama kā zemas temperatūras degradācija (LTD). Šajā procesā radušās mikroplaisas nodrošina ceļu ūdens tvaikiem gaisā, lai tālāk iekļūtu keramikā, tādējādi paātrinot turpmāku fāzes transformāciju un radot vairāk mikroplaisu. Šīs mikroplaisas krustojas, pārklājas un izplatās makroskopiskās plaisās, galu galā novedot pie lūzuma un zobu implanta bojājuma.
Papildus zemas temperatūras degradācijas problēmai cirkonija keramika cieš arī no bioaktivitātes trūkuma. Kad cirkonija materiāli tiek implantēti mutes dobumā kā implanti, tie nevar izveidot stabilu ķīmisko saiti ar bioloģiskajiem audiem. Laika gaitā ap implantu veidojas bioplēves slānis, kas to aptver, galu galā izraisot implanta atslābināšanos un kļūmi. Cirkonija keramikas bioinertais raksturs ievērojami ierobežo to pielietojumu zobu implantācijas jomā.
Bioinerto cirkonija keramikas virsmu nespēja integrēties ar apkārtējiem kaulaudiem un citiem audiem ir galvenais in vivo implanta atteices cēlonis. Turpretim bioaktīvie keramikas materiāli veido kaulam līdzīgu hidroksiapatīta slāni organismā un ķīmiski saistās ar blakus esošajiem kaulu komponentiem. Tāpēc cirkonija dioksīda bioaktivitātes uzlabošana var uzlabot implantācijas panākumu līmeni. Bioaktivitāti var pārbaudīt arī ar in vivo eksperimentiem, kuros materiāls tiek implantēts dzīvniekiem uz noteiktu laiku. Papildus tam, ka nav iekaisuma reakciju, bioaktivitāte tiek novērtēta, analizējot integrāciju starp implantu un kaulaudiem-, piemēram, novērtējot jaunu kaulu veidošanos, morfoloģiskās izmaiņas un noņemšanas griezes momenta testus.
Lai uzlabotu inertu materiālu bioaktivitāti, virsmas apstrādi vai bioaktīvo vielu iekļaušanu parasti izmanto, lai radītu organiskās funkcionālās grupas (Zr-OH) vai uz virsmas uzklātu bioaktīvu kalcija-fosfāta (Ca-P) pārklājumu, tādējādi uzlabojot bioaktivitāti.
(1) Bioaktīvu vielu iekļaušana
Bioaktīvo vielu iekļaušana ir vienkāršākā un tiešākā metode. Bioaktīvos komponentus mehāniski sajauc ar cirkonija oksīda pulveri, lai uzlabotu cirkonija keramikas materiāla bioaktivitāti.
Piemēram, Kishi S. et al. pievienoja nano-HA ZrO₂ keramikai, lai izveidotu kompozītmateriālu, un SBF mineralizācijas eksperimentos uz virsmas izveidojās kaulam līdzīgs apatīta slānis. Kortess DA et al. pievienoja volastonītu Mg-PSZ keramikai un saķepina kompozītmateriālu 1550 grādu temperatūrā. Pēc mērcēšanas SBF un 1,5 × SBF 7 dienas (pirmās iegremdēšanas laikā SBF šķīdumā iestrādāts wollastonīta pulveris), virsma mineralizējās HA. Nogiwa-Valdez AA et al. iekļāva CaO-SiO2 bioaktīvo stiklu ZrO₂, lai iegūtu kompozītmateriālu, un SBF mineralizācijas eksperimentos uz parauga virsmas izveidojās HA.
(2) Virsmas modifikācija
Apstrāde ar smilšu strūklu ir vispāratzīts virsmas apstrādes process. Tas izmanto saspiestu gaisu, lai lielā ātrumā virzītu abrazīvās daļiņas uz objekta virsmas, palielinot virsmas raupjumu un tīrību. Cirkonija keramikas restaurācijas laikmetā ražošanā visbiežāk izmantotā virsmas apstrāde ir alumīnija oksīda smilšu strūkla. Pašlaik pētnieki izmanto dažādus smilšu strūklas parametrus, galvenokārt izmantojot alumīnija oksīda daļiņas 50–100 μm, spridzināšanas spiedienu 0,1–0,5 MPa un spridzināšanas laiku 10–30 s.
Termiskā skābes kodināšana var uzlabot saiknes stiprību starp cirkoniju un finiera porcelānu vai sveķiem. Tomēr šajā procesā tiek izmantotas bīstamas rūpnieciskās ķīmiskās vielas, piemēram, metanols un sālsskābe, kas prasa augstus drošības standartus un sarežģītas procedūras. Pašlaik nav pieejams nobriedis un uzticams termiskās kodināšanas aprīkojums, kas ierobežo tā popularizēšanu ražošanā.
Lāzera apstrāde arī uzlabo saiknes izturību starp cirkoniju un finiera porcelānu vai sveķiem, veicot virsmas raupjumu.
Cirkonija keramikas virsmām trūkst stikla fāzes, un tās satur maz vai nemaz silīcija dioksīda, tāpēc tām ir grūti ķīmiski reaģēt ar finiera porcelāna slāni. Ir izmantotas dažādas metodes, lai sagatavotu silīcija pārklājumus uz cirkonija keramikas virsmām, padarot to virsmas ķīmisko sastāvu līdzīgu stikla finiera porcelānam un tādējādi veicinot ķīmiskās reakcijas, kas palielina cirkonija-porcelāna saites stiprību. Tomēr optimālais silīcija pārklājuma biezums vēl nav noteikts; pašreizējās silīcija pārklājuma metodes ir daudzas, un trūkst standartizētu paraugu sagatavošanas un testēšanas kritēriju, kā rezultātā dažādi pētījumi ir slikti salīdzināmi. Turklāt dažas silīcija pārklājumu pagatavošanai izmantotās iekārtas vēl ir laboratorijas stadijā, un procesi ir sarežģīti, tāpēc tie vēl nav piemēroti liela apjoma ražošanai.
Zemas temperatūras plazma var uzlabot cirkonija oksīda un finiera porcelāna vai sveķu savienojuma stiprību. Tomēr ārstēšanas parametri dažādos pētījumos atšķiras, apgrūtinot salīdzināšanu. Joprojām nav skaidrs, kura plazmas apstrāde dod vislabākos rezultātus, un nav noskaidrots, vai zemas temperatūras plazma var netieši izraisīt ķīmisku saikni starp cirkoniju un finiera porcelānu vai sveķiem.