通过烧结可以有效的改变钛铁矿的烧结性能，从而为钛铁矿的进一步叫加工利用提供便利。未烧结的钛铁矿，相组成仅为FeTiO₃，当钛铁矿在氩气气氛中烧结后并没有检测到组成与结构方面的变化。但是当钛铁矿在空气中600℃烧结后，发生了化学反应，产生了新相，其相组成主相为FeTiO₃，部分FeTiO₃分解为Fe₂O₃及TiO₂并产生了少量的Fe₂T_i3O₉;当其在800℃烧结后，其相组成与原钛铁矿相比已经发生了明显的变化其相组成主要为Fe₂TiO₅并有一定量的Fe₂O₃、TiO₂和Fe₂T_i3O₉，只含少量的FeTiO₃相，钛铁矿颗粒与氧发生了氧化反应；950℃烧结后主要相组成为Fe₂TiO₅，含Fe₂O₃及TiO₂而Fe₂T_i3O₉与FeTiO3则已经消失，当烧结温度为1100℃烧结后，样品为Fe₂TiO₅相，含有少量的TiO₂；1200℃烧结后，样品主要为Fe₂TiO₅相含有少量的TiO₂。因此钛铁矿在600℃空气中烧结后，产生少量的Fe₂O₃、TiO₂和Fe₂T_i3O₉；当温度为800℃时，Fe₂T_i3O₉分解为Fe₂TiO₅和TiO₂，在更高的温度下则完全转变为Fe₂TiO₅和TiO₂。