Reines Zirkonoxid (unstabilisiert) ist bei Raumtemperatur monoklin, aber seine Struktur ändert sich bei etwa 1000 Grad C in eine tetragonale Form. Bei dieser Phasenänderung gibt es eine große Volumenänderung, die zu strukturellen Rissen führt, was zu einer sehr geringen Temperaturwechselbeständigkeit führt. Eine teilweise Stabilisierung von Zirkonoxid erfolgt durch Zugabe eines Dotierungsmaterials wie 3-4 Mol-% Yttriumoxid, 2-3 Mol-% Magnesiumoxid oder 8 Mol-% Calciumoxid. Dies führt zu einer Mischung von Gefügephasen bei unterschiedlichen Temperaturen.
Eine Mischung aus kubischer, monokliner und etwas tetragonaler Phase bis zu 1000 Grad C und tetragonal bei mehr als 1000 Grad. Aufgrund der tetragonalen Phase bei höheren Temperaturen wird teilstabilisiertes Zirkonoxid auch als tetragonales Zirkonoxid-Polykristall (TZP) bezeichnet. Es wird allgemein angenommen, dass Mikrorisse und induzierte Spannungen zwischen den verschiedenen Phasen Gründe für die Zähigkeit in teilstabilisiertem Zirkonoxid sind. Teilstabilisiertes Zirkonoxid wird tendenziell verwendet, wenn hohe Temperaturen erforderlich sind.
Die geringe Wärmeleitfähigkeit sorgt für einen geringen Wärmeverlust und der hohe Schmelzpunkt (2.700 Grad C) bedeutet, dass stabilisierte Zirkonoxid-Regreactors bei Temperaturen von über 2200 Grad C verwendet werden können. Teilstabilisiertes Zirkonoxid findet auch zunehmend Anwendung in speziellen Struktur-/Konstruktionskeramiken . Vollständig stabilisiertes Zirkonoxid wird im Allgemeinen mit Dotierungsgehalten von 8 Molprozent Yttriumoxid, 16 Molprozent Magnesiumoxid oder 16 Molprozent Calciumoxid erreicht. Ein vollständig stabilisiertes Zirkonoxid hat eine Struktur, die eine kubische feste Lösung ist, die keine Phasenumwandlung von Raumtemperatur bis zu 2500 Grad C aufweist. Vollständig stabilisiertes Zirkonoxid ist eine sehr gut ionenleitende Keramik und wird in Anwendungen wie Sauerstoffsensoren und Festoxidbrennstoff verwendet Zellen.
