氧化鋯一般有單斜ZrO2(m-ZrO2)，四方氧化鋯(t-ZrO2)和立方ZrO2(c-ZrO2)三種晶型。1170℃以下是m-ZrO2的穩(wěn)定溫度，其密度為5.68g·cm-3;1170℃到2370℃是t-ZrO2穩(wěn)定的范圍，其密度為6.10g·cm-3;2370℃至2680℃是c-ZrO2穩(wěn)定的范圍，其密度為6.27g·cm-3。由于外界條件的變化，氧化鋯的晶型間可相互轉(zhuǎn)變。在1100~1200℃時，m-ZrO2會轉(zhuǎn)化為t-ZrO2;t-ZrO2在2370℃左右時轉(zhuǎn)變?yōu)閏-ZrO2;但在降溫階段，t-ZrO2轉(zhuǎn)變?yōu)閙-ZrO2時因m-ZrO2晶核形成困難，造成轉(zhuǎn)變溫度滯后，一般在850~1000℃時才轉(zhuǎn)變?yōu)閙-ZrO2。ZrO2晶型轉(zhuǎn)變之間的關(guān)系表示為:m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2溶體氧化鋯在耐火材料中的增韌
加入ZrO2來改進(jìn)原有耐火材料性能特別是改善其熱震穩(wěn)定性，這與ZrO2的增韌作用分不開。對ZrO2的增韌機(jī)理有多種說法，目前公認(rèn)的有以下幾種。
1)應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌
耐火材料基質(zhì)中的ZrO2在燒成溫度下會以t-ZrO2形式存在;當(dāng)冷卻時會轉(zhuǎn)變?yōu)閙-ZrO2，并伴隨7%的體積膨脹。但受到周圍基質(zhì)的約束，使t-ZrO2到m-ZrO2的轉(zhuǎn)變溫度下降。通過對基質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行該變，可將t-ZrO2保持到室溫。當(dāng)材料由于外力作用促使ZrO2周圍的基質(zhì)對其約束作用下降，才觸發(fā)t-ZrO2向m-ZrO2轉(zhuǎn)變。因相變消耗了外界能量，從而達(dá)到對材料的增韌。
2)微裂紋增韌
在含ZrO2的復(fù)相材料中，如果t-ZrO2的粒徑較臨界直徑大，那么當(dāng)t-ZrO2轉(zhuǎn)變m-ZrO2后所產(chǎn)生的體積膨脹會造成m-ZrO2附近產(chǎn)生較多微裂紋。當(dāng)主裂紋受到熱應(yīng)力或其他外力作用時，遇到這些微裂紋時，會消耗其中一部分能量，這在一定程度上會提高主裂紋擴(kuò)展所需能量，從而實(shí)現(xiàn)對材料的增韌。
3)裂紋偏轉(zhuǎn)和彎曲增韌
在多相材料中，由于各個相間失配導(dǎo)致主裂紋經(jīng)過第二相顆粒周圍時會發(fā)生一定程度上的傾斜、偏轉(zhuǎn)，延長了裂紋擴(kuò)展的路程，這將消耗更多裂紋擴(kuò)展所需的驅(qū)動力，從而達(dá)到對材料的增韌效果。氧化鋯的增韌機(jī)理非常復(fù)雜，但可以肯定氧化鋯增韌材料至少由以上兩種不同的增韌機(jī)理同時作用的結(jié)果。
