La zircone (ZrO2) cristallise dans trois types de réseaux : monoclinique (M), cubique (C) et tétragonal (T).
A température ambiante la zircone possède une structure de type monoclinique.
Sous l'effet de variations de température, des transformations allotropiques se produisent à l'état solide.
Deux phénomènes sont à noter :
- La transformation au moment de l'élévation de température de la structure monoclinique à la structure tétragonale se produit à 1170°C alors qu’au moment du refroidissement le passage de la structure tétragonale à la structure monoclinique se produit environ 100°C au dessous de cette température (Figure 4).
- Après le frittage de ces céramiques, au moment du refroidissement, le changement de structure cristalline s'accompagne d'une expansion de 3 à 4% qui provoque l'apparition au sein du matériau, de contraintes importantes qui conduisent à sa fracture.
C'est pourquoi on a cherché à stabiliser la structure des céramiques à base de ZrO2 soit en phase tétragonale soit en phase cubique.
La stabilisation en phase tétragonale a été obtenue par l'adjonction de 3 à 4% de Y2O3 dans la composition de la céramique. On a ainsi obtenu une céramique de zircone partiellement stabilisée (YTZP), qui ne possède pas à température ambiante de cristaux monocliniques.
Ce type de matériau présente des propriétés mécaniques très intéressantes dans leur usage clinique. Lors de la progression d'une fissure, la contrainte exercée par la matrice cubique sur les particules tétragonales diminue (à cause de l'ouverture de la fissure) (Figure 5). Cette diminution de la contrainte provoque la transformation des particules tétragonales en particules monocliniques, processus qui s’accompagne d’une expansion dimensionnelle. Le champ de contraintes provoqué par cette expansion s’oppose alors à celui provoquant la propagation de la fissure. Ce phénomène se traduit par une augmentation de la ténacité du matériau
Rappel terminologique : La ténacité est une mesure de la résistance à la propagation d’une fissure dans un matériau. Cette mesure permet d’évaluer la résistance à long terme d’un matériau.
