Cirkonijum keramika se široko koristi u kliničkoj praksi zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava, biokompatibilnosti i estetskih prednosti. Međutim, kada je izložena temperaturama u rasponu od 150-400 stepeni i vlažnom okruženju tokom dužeg perioda, cirkonijum keramika prolazi kroz transformaciju iz tetragonalne u monoklinsku fazu. Ovaj fazni prijelaz je praćen proširenjem volumena, što stvara brojne mikropukotine i ozbiljno smanjuje mehaničku čvrstoću implantata. Ovaj fenomen je poznat kao niskotemperaturna degradacija (LTD). Mikropukotine nastale ovim procesom osiguravaju puteve za vodenu paru u zraku da dalje prodre u keramiku, čime se ubrzava daljnja fazna transformacija i stvara još mikropukotina. Ove mikropukotine se ukrštaju, preklapaju i šire u makroskopske pukotine, što na kraju dovodi do loma i kvara zubnog implantata.
Pored problema degradacije na niskim temperaturama, cirkonijum keramika takođe pati od nedostatka bioaktivnosti. Kada se materijali od cirkonija implantiraju u usnu šupljinu kao implantati, oni ne mogu formirati stabilnu hemijsku vezu sa biološkim tkivima. Vremenom se oko implantata formira sloj biofilma koji ga obavija, što na kraju dovodi do labavljenja i kvara implantata. Bioinertna priroda cirkonijeve keramike uvelike ograničava njihovu primjenu u području dentalne implantacije.
Nemogućnost bioinertnih cirkonijum keramičkih površina da se integrišu sa okolnim koštanim tkivom i drugim tkivima je primarni uzrok in vivo otkazivanja implantata. Bioaktivni keramički materijali, nasuprot tome, formiraju sloj hidroksiapatita nalik kostima u tijelu i kemijski se vežu sa susjednim koštanim komponentama. Stoga, povećanje bioaktivnosti cirkonija može poboljšati stopu uspješnosti implantacije. Bioaktivnost se također može provjeriti kroz in vivo eksperimente, u kojima se materijal implantira u životinje na određeni period. Pored odsustva upalnih reakcija, bioaktivnost se procjenjuje analizom integracije između implantata i koštanog tkiva-na primjer, procjenom formiranja nove kosti, morfološkim promjenama i testovima momenta uklanjanja.
Da bi se poboljšala bioaktivnost inertnih materijala, površinska obrada ili ugradnja bioaktivnih supstanci općenito se koristi za stvaranje organskih funkcionalnih grupa (Zr-OH) ili taloženje bioaktivnih kalcijum-fosfatnih (Ca-P) premaza na površini, čime se povećava bioaktivnost.
(1) Ugradnja bioaktivnih supstanci
Uključivanje bioaktivnih supstanci je najjednostavniji i najdirektniji metod. Bioaktivne komponente se mehanički miješaju sa cirkonijum prahom kako bi se poboljšala bioaktivnost cirkonijum keramičkog materijala.
Na primjer, Kishi S. et al. dodao nano‑HA u ZrO₂ keramiku kako bi se formirao kompozitni materijal, a u eksperimentima mineralizacije SBF, na površini se formirao sloj apatita nalik na kosti. Cortes DA et al. dodao volastonit u Mg‑PSZ keramiku i sinterovao kompozit na 1550 stepeni. Nakon namakanja u SBF i 1,5×SBF po 7 dana (sa prahom wolastonita ugrađenim u SBF rastvor tokom prvog potapanja), površina je mineralizovana u HA. Nogiwa-Valdez AA et al. ugradio CaO‑SiO₂ bioaktivno staklo u ZrO₂ kako bi se proizveo kompozitni materijal, a HA formirana na površini uzorka u eksperimentima mineralizacije SBF.
(2) Modifikacija površine
Pjeskarenje je dobro uspostavljen proces površinske obrade. Koristi komprimirani zrak za izbacivanje abrazivnih čestica velikom brzinom na površinu objekta, povećavajući hrapavost i čistoću površine. U eri keramičkih restauracija od cirkonijuma, pjeskarenje glinice je najčešće korištena površinska obrada u proizvodnji. Trenutno, istraživači koriste različite parametre pjeskarenja, uglavnom koristeći čestice glinice od 50–100 μm, tlakove pjeskarenja od 0,1–0,5 MPa i vrijeme pjeskarenja od 10–30 s.
Termičko jetkanje kiselinom može poboljšati snagu veze između cirkonija i porculana ili smole za furniranje. Međutim, ovaj proces uključuje opasne industrijske hemikalije kao što su metanol i hlorovodonična kiselina, što zahtijeva visoke sigurnosne standarde i složene procedure. Trenutno ne postoji zrela i pouzdana oprema za termalno jetkanje kiselinama, što ograničava njenu promociju u proizvodnji.
Laserski tretman također povećava snagu veze između cirkonija i porculana ili smole za fasetiranje kroz hrapavost površine.
Keramičkim površinama od cirkonijuma nedostaje staklena faza i sadrže malo ili nimalo silicijum dioksida, što im otežava hemijsku reakciju sa slojem porculana za fasetiranje. Korištene su različite metode za pripremu silikonskih premaza na cirkonij keramičkim površinama, čineći njihov hemijski sastav sličnim onom kod porculana za fasetiranje na bazi stakla i na taj način olakšavajući kemijske reakcije koje povećavaju čvrstoću veze cirkonij-porculan. Međutim, optimalna debljina silikonskog premaza još nije određena; Trenutne tehnike silicijumskog premaza su brojne, a postoji nedostatak standardizovanih kriterijuma za pripremu uzoraka i testiranje, što dovodi do loše uporedivosti između različitih studija. Štoviše, dio opreme koja se koristi za pripremu silikonskih premaza je još uvijek u laboratorijskoj fazi, a procesi su složeni, pa još nisu pogodni za proizvodnju velikih razmjera.
Plazma niskih temperatura može poboljšati čvrstoću veze između cirkonija i porculana ili smole za fasetiranje. Međutim, parametri liječenja variraju u različitim studijama, što otežava poređenje. Ostaje nejasno koji tretman plazmom daje najbolje rezultate, a nije razjašnjeno može li plazma na niskim temperaturama indirektno izazvati hemijsku vezu između cirkonija i porculana ili smole za fasetiranje.