קרמיקת זירקוניה נמצאת בשימוש נרחב בפרקטיקה הקלינית בשל תכונותיה המכניות המצוינות, התאימות הביולוגית והיתרונות האסתטיים שלה. עם זאת, כאשר נחשפים לטמפרטורות בטווח של 150-400 מעלות ולסביבה לחה לאורך תקופות ממושכות, קרמיקת זירקוניה עוברת טרנספורמציה מהשלב הארבע-גוני לשלב המונוקליני. מעבר פאזה זה מלווה בהרחבת נפח, היוצרת מספר סדקים מיקרו ומפחיתה מאוד את החוזק המכני של השתל. תופעה זו ידועה בשם השפלה בטמפרטורה נמוכה (LTD). המיקרו-סדקים המיוצרים בתהליך זה מספקים מסלולים לאדי מים באוויר לחדור עוד יותר לקרמיקה, ובכך להאיץ טרנספורמציה של פאזה נוספת ויצירת סדקים נוספים. סדקים אלה מצטלבים, חופפים ומתפשטים לסדקים מקרוסקופיים, מה שמוביל בסופו של דבר לשבר ולכשל של השתל הדנטלי.
בנוסף לבעיית הפירוק בטמפרטורה נמוכה, קרמיקת זירקוניה סובלת גם מחוסר ביו-אקטיביות. כאשר חומרי זירקוניה מושתלים בחלל הפה כשתלים, הם אינם יכולים ליצור קשר כימי יציב עם רקמות ביולוגיות. עם הזמן נוצרת שכבה של ביופילם סביב השתל ועוטפת אותו, ובסופו של דבר גורמת להתרופפות ולכשל של השתל. האופי הביואינרטי של קרמיקה זירקוניה מגביל מאוד את היישום שלה בתחום השתלת שיניים.
חוסר היכולת של משטחי קרמיקה זירקוניה ביו-אינרט להשתלב עם רקמת העצם שמסביב ורקמות אחרות הוא הגורם העיקרי לכשל של השתלים in vivo. חומרים קרמיים ביו-אקטיביים, לעומת זאת, יוצרים שכבת הידרוקסיאפטיט דמוית עצם בגוף ונקשרים כימית עם רכיבי עצם סמוכים. לכן, שיפור הפעילות הביולוגית של זירקוניה יכולה לשפר את שיעור ההצלחה של ההשתלה. ניתן לאמת את הפעילות הביולוגית גם באמצעות ניסויים in vivo, שבהם החומר מושתל בבעלי חיים לתקופה מסוימת. בנוסף להיעדר תגובות דלקתיות, הפעילות הביולוגית מוערכת על ידי ניתוח האינטגרציה בין השתל לרקמת העצם-לדוגמה, הערכת היווצרות עצם חדשה, שינויים מורפולוגיים ובדיקות מומנט הסרה.
כדי לשפר את הפעילות הביולוגית של חומרים אינרטיים, טיפול פני השטח או שילוב של חומרים ביו-אקטיביים משמשים בדרך כלל ליצירת קבוצות פונקציונליות אורגניות (Zr-OH) או הפקדת ציפויי סידן-פוספט ביו-אקטיביים (Ca-P) על פני השטח, ובכך לשפר את הפעילות הביולוגית.
(1) שילוב של חומרים ביו-אקטיביים
שילוב חומרים ביו-אקטיביים היא השיטה הפשוטה והישירה ביותר. רכיבים ביו-אקטיביים מעורבבים מכנית עם אבקת זירקוניה כדי לשפר את הפעילות הביולוגית של החומר הקרמי זירקוניה.
לדוגמה, Kishi S. et al. הוסיף ננו-HA לקרמיקה ZrO₂ כדי ליצור חומר מרוכב, ובניסויי מינרליזציה של SBF, נוצרה שכבת אפטות דמוי עצם על פני השטח. Cortes DA et al. הוסיף וולסטוניט לקרמיקה של Mg-PSZ וסינטרה את המרוכב ב-1550 מעלות. לאחר השרייה ב-SBF ו-1.5×SBF למשך 7 ימים כל אחד (עם אבקת וולסטוניט המוטבעת בתמיסת SBF במהלך הטבילה הראשונה), פני השטח מינרליים ל-HA. Nogiwa-Valdez AA et al. שילב זכוכית ביו-אקטיבית CaO‑SiO₂ לתוך ZrO₂ כדי לייצר חומר מרוכב, ו-HA נוצר על פני הדגימה בניסויי מינרליזציה של SBF.
(2) שינוי פני השטח
התזת חול היא תהליך מבוסס היטב של טיפול משטח. הוא משתמש באוויר דחוס כדי להניע חלקיקים שוחקים במהירות גבוהה על פני האובייקט, מה שמגביר את החספוס והניקיון של פני השטח. בעידן השחזור הקרמי של זירקוניה, התזת חול אלומינה היא טיפול פני השטח הנפוץ ביותר בייצור. נכון לעכשיו, חוקרים משתמשים בפרמטרים שונים של התזת חול, בעיקר באמצעות חלקיקי אלומינה של 50-100 מיקרומטר, לחצי פיצוץ של 0.1-0.5 MPa וזמני פיצוץ של 10-30 שניות.
תחריט חומצה תרמית יכול לשפר את חוזק הקשר בין זירקוניה לבין פורצלן או שרף. עם זאת, תהליך זה כרוך בכימיקלים תעשייתיים מסוכנים כגון מתנול וחומצה הידרוכלורית, הדורשים תקני בטיחות גבוהים והליכים מורכבים. נכון לעכשיו, אין ציוד תחריט חומצה תרמית בוגר ואמין, מה שמגביל את קידומו בייצור.
טיפול בלייזר גם משפר את חוזק הקשר בין זירקוניה וציפוי פורצלן או שרף באמצעות חיספוס פני השטח.
משטחי קרמיקה זירקוניה חסרים פאזת זכוכית ומכילים מעט או ללא סיליקה, מה שמקשה עליהם להגיב כימית עם שכבת הפורצלן הפורצלן. נעשה שימוש בשיטות שונות להכנת ציפויי סיליקון על משטחי קרמיקה זירקוניה, מה שהופך את ההרכב הכימי של פני השטח שלהם לדומה לזה של פורצלן פורצלן מבוסס זכוכית ובכך מקלות על תגובות כימיות המגבירות את חוזק הקשר בין זירקוניה לחרסינה. עם זאת, עובי ציפוי הסיליקון האופטימלי טרם נקבע; טכניקות ציפוי הסיליקון הנוכחיות הן רבות, ויש חוסר בקריטריונים סטנדרטיים של הכנת דגימות ובדיקה, מה שגורם להשוואה גרועה בין מחקרים שונים. יתרה מכך, חלק מהציוד המשמש להכנת ציפויי סיליקון נמצא עדיין בשלב מעבדה, והתהליכים מורכבים ולכן אינם מתאימים עדיין לייצור בקנה מידה גדול.
פלזמה בטמפרטורה נמוכה יכולה לשפר את חוזק הקשר בין זירקוניה וציפוי פורצלן או שרף. עם זאת, פרמטרי הטיפול משתנים בין המחקרים, מה שמקשה על ההשוואות. עדיין לא ברור איזה טיפול בפלזמה מניב את התוצאות הטובות ביותר, והאם פלזמה בטמפרטורה נמוכה יכולה לגרום בעקיפין לקשר כימי בין זירקוניה לבין חרסינה או שרף פורצלן לא הובהר.