氧化鋯系統（zirconia system）

純氧化鋯（ZrO2）是一種美麗又麻煩的材料，而它的相行為正是原因。加熱時它走過三種晶形：室溫到約 1170 度 C 為單斜，接著到約 2370 度 C 為正方，接著到約 2700 度 C 熔點附近為立方。麻煩在於冷卻時的正方轉單斜：它伴隨約 4 到 5% 的驟然體積膨脹，會在純氧化鋯件從燒成冷卻時把它裂成碎片。純 ZrO2 本身作為結構陶瓷幾乎毫無用處。

解法是一個相圖上的把戲：加入一種穩定劑氧化物，形成固溶體，把高溫的立方或正方形態一路保留到室溫。氧化釔（Y2O3）、氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）、氧化鈰（CeO2）都靠溶進氧化鋯晶格而奏效，而 ZrO2-Y2O3 相圖是必知的一張。加入足量穩定劑，你得到完全穩定的立方氧化鋯（單一立方相，優異的氧離子導體）；只加一點，你得到部分穩定氧化鋯或細正方多晶氧化鋯（TZP），其中介穩的正方晶粒被保留、蓄勢待變。那被保留的正方相正是相變韌化的引擎：裂縫的應力場在局部觸發正方轉單斜，伴隨的膨脹把裂縫夾住閉合，賦予氧化鋯非凡的韌性——一顆給裂縫的安全氣囊。

使氧化鋯堅韌的同一套物理，也使它挑剔，誠實要求我們附上這個警語。在溫暖潮濕的服役環境中，介穩的正方晶粒即使沒有裂縫，也會隨時間自發轉變——低溫劣化，或稱老化——使表面變粗、部件變弱。這一點著名地影響了某些早期的氧化鋯髖關節植入物。所以氧化鋯系統是把雙刃的課：從相圖讀出穩定劑含量與溫度，不僅告訴你如何鎖住堅韌的顯微組織，也告訴你那同一份介穩性會在何處反噬你。氧化釔穩定氧化鋯也是氧感測器與固態氧化物燃料電池的基礎，那裡它的立方形態是一種快速離子導體。