La zirconia trova impiego in una vasta gamma di applicazioni e mercati, tra cui celle a combustibile a stato solido, trattamento dei gas di scarico automobilistici, materiali dentali, utensili da taglio in ceramica e inserti in fibra ottica in ceramica di zirconia. Con lo sviluppo delle ceramiche di zirconia, si è assistito a un profondo cambiamento nei loro campi di applicazione. Mentre in passato venivano utilizzate principalmente nei materiali refrattari, ora si sono trasformate in ceramiche strutturali, bioceramiche e ceramiche funzionali per l'elettronica, e sono sempre più impiegate in settori ad alta tecnologia come l'industria aerospaziale, aeronautica e nucleare.
1. Materiali refrattari
L'ossido di zirconio è chimicamente stabile e possiede una buona stabilità termica e resistenza agli shock termici, pertanto può essere utilizzato come rivestimento ceramico termoresistente e in prodotti refrattari per alte temperature. Può anche essere aggiunto ad altri materiali refrattari per migliorarne le proprietà refrattarie. I materiali refrattari a base di zirconia includono: beccucci di calibrazione in zirconia, crogioli in zirconia, fibre refrattarie in zirconia, mattoni di corindone in zirconia e sfere cave refrattarie in zirconia, utilizzati nell'industria metallurgica e dei silicati.
2. Ceramiche strutturali
Le ceramiche di zirconia possiedono buone proprietà meccaniche e sono ampiamente utilizzate come materiali strutturali in ingegneria. I cuscinetti in ceramica di zirconia hanno una maggiore stabilità e durata rispetto ai tradizionali cuscinetti a strisciamento e a rotolamento, oltre a essere più resistenti all'usura e alla corrosione; le ceramiche di zirconia possono essere utilizzate per realizzare camicie dei cilindri dei motori, fasce elastiche e altri componenti, migliorando l'efficienza termica e riducendo la massa; le valvole in ceramica di zirconia possono sostituire efficacemente le tradizionali valvole in lega metallica, soprattutto in ambienti di lavoro difficili, riducendo l'usura e migliorando la resistenza alla corrosione, prolungandone notevolmente la durata; le ceramiche di zirconia possono essere utilizzate per realizzare coltelli in ceramica, più affilati dei tradizionali coltelli in acciaio e dall'aspetto gradevole, ecc.
3. Ceramiche funzionali
L'ossido di zirconio è elettricamente conduttivo ad alte temperature, soprattutto dopo l'aggiunta di stabilizzanti. Inoltre, i materiali piezoelettrici formati dai principali componenti della zirconia sono ampiamente utilizzati. I sensori di ossigeno realizzati in zirconia sono altamente sensibili e sono stati impiegati in gran numero per rilevare il contenuto di ossigeno nell'acciaio fuso, per misurare il rapporto ossigeno/gas nei motori e per rilevare il contenuto di ossigeno nei gas di scarico industriali. I materiali ceramici a base di zirconia possono essere utilizzati anche per realizzare sensori di temperatura, suono, pressione e accelerazione, nonché altri sistemi di rilevamento automatizzati intelligenti.
4. Biomateriali medicali
Le applicazioni più comuni dei materiali ceramici a base di zirconia in campo biomedico riguardano i materiali per restauri dentali e gli strumenti chirurgici; in paesi come il Giappone e gli Stati Uniti, i materiali a base di zirconia vengono utilizzati per produrre denti in porcellana con buona trasparenza, biocompatibilità e qualità; e alcuni ricercatori sono già riusciti a utilizzare materiali a base di zirconia per realizzare ossa artificiali a scopo medico.