A colorless and transparent zirconium oxide (Zr0.73Y0.27O1.87) crystal has been synthesized by the Bridgman-Stockbager method. The gem-quality material is produced by adding 20∼25 wt.% Y2O3 (stabilizer) and 0.04 wt.% Nd2O3 (decolorising agent) to the ZrO2 powder. It shows a vitreous luster with a slight oily appearance. Under a polarizing microscope, it shows isotropic nature with no appreciable anisotropism. Mohs hardness value and specific gravity is measured to be 8∼8½ and 5.85, respectively. Under ultraviolet light it shows a faint white glow. The crystal structure of yttria-stabilized zirconia with 0.27 at.% Y has been re-investigated, using single crystal X-ray diffraction, and confirmed to be a cubic symmetry, space group Fmøverline3m (O5h) with a=5.1552(5) A, V=136.99(5) A3, Z=4. The stabilizer atoms randomly occupy the zirconium sites and there are displacements of oxygen atoms with amplitudes of δ/a∼0.033 and 0.11 along 〈110〉 and 〈111〉 from the ideal positions of the fluorite structure, respectively.

보석용으로 적합한 무색 투명한 큐빅 저코니아를 스컬용융법으로 합성하였다. 사용한 합성 고온로는 고주파 전기로이고, 수냉식 도가니를 제작하여 실험하였다. 원료물질은 ZrO2를 주원료 물질로 하였으며 25 wt.%의 Y2O3를 안정제로, 0.03~0.05 wt.%의 Nd2O3를 소색제로 첨가하였다. 육성된 단결정의 크기는 약 20×63 mm이며, 화학성분은 Zr0.73 Y0.27 O1.87 이었다. 등방성을 띠며 굴절율이 2.15~2.18이고 비중은 5.85, 모스 경도는 8~8.5, 반사도는 13.47%이다. 큐빅 저코니아 결정은 등축정계의 면심격자(Z=4)를 하고 있으며 공간군 Fm3 m에 속한다. 단위포 상수는 a=5.157 a이며, CaF2구조를 하고 있다. 합성공정의 최적 조건은 고주파 출력이 50 kW, 2.94 MHz이고 도가니의 직경과 높이는 각각 105 mm, 135mm일 때, 또 도가니의 하강 속도가 16 mm/hr일 때 최대인 42% 회수율을 나타내었다. 큐빅 저코니아의 굴절율(2.15~2.18)은 다이아몬드보다 작기 때문에 크라운과 퍼빌리언의 각도를 다이아몬드의 경우(40.5˚)보다 작게 가공 처리하여야만 최대의 광채 및 화이어를 얻을 수 있다.